DE102004018081A1

DE102004018081A1 - Sicherheitspapier

Info

Publication number: DE102004018081A1
Application number: DE200410018081
Authority: DE
Inventors: Harald Dr. Reiner
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2005-10-27
Also published as: WO2005098748A1

Abstract

Die Erfindung betrifft das Einbringen von Kunststofffolien mit Antennenstrukturen (5) in Sicherheitspapier zur Ausstattung von daraus hergestellten Sicherheitsdokumenten (8) mit RFID-Transpondern, um ihre Manipulations- und Fälschungssicherheit zu erhöhen. Dazu werden Antennenstrukturen (5) und integrierte Schaltkreise (6) auf ein geeignet strukturiertes Kunststofffoliennetz (3) aufgebracht, wobei das Kunststofffoliennetz (3) während der Blattbildung in die Papierbahn (7) irreversibel eingebettet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitspapiers mit Antennenstrukturen sowie ein derartiges Sicherheitspapier und ein daraus hergestelltes Wertdokument. Die Erfindung betrifft ferner eine Kunststofffolie mit Antennenstrukturen zum Einbetten in das Sicherheitspapier.
Die Vertrauenswürdigkeit von Wertdokumenten, wie z.B. Banknoten, Aktien, Urkunden und sonstigen Sicherheitsdokumenten, ist eine wichtige Grundlage für ein funktionierendes Wirtschafts- und Gesellschaftsleben. Dabei ist das Vertrauen auf die Echtheit der Wertdokumente in erste Linie abhängig von ihrer Fälschungs- und Manipulationssicherheit. Es existieren vielfältige Verfahren und Ansätze, Sicherheitsdokumente mit speziellen Sicherheitsmerkmalen, wie Wasserzeichen, Melierfasern, Sicherheitsfäden, optisch variablen Elementen oder speziellen Aufdrucken, auszustatten, um die Fälschung zu erschweren bzw. gefälschte Dokumente zu erkennen. Es wurde bereits vorgeschlagen, Sicherheitsdokumente mit elektronischen Schaltkreisen in Form von Mikrochips zum Speichern elektronischer Sicherheitsmerkmale zu versehen, um diese bei Bedarf auszulesen und die Echtheit des Dokuments zu verifizieren.
In diesem Zusammenhang offenbart die WO 95/21423 A1 die Einbettung eines Mikrochips in ein aus Papier bestehendes Sicherheitsdokument. Das Sicherheitsdokument besteht aus klebetechnisch miteinander verbundenen Papierschichten mit Aussparungen, in die der Mikrochip nach der Papierherstellung eingesetzt wird. Diese Sicherheitsdokumente sind mit kontaktbehafteten Methoden verifizierbar, indem der Mikrochip wie bei einer Chipkarte durch eine Lesevorrichtung ausgelesen wird.
Für die kontaktlose Datenkommunikation werden zunehmend RFID-Lösungen („Radio Frequency Identification") eingesetzt, bei denen durch ein stationäres RFID-Lesegerät ein den Mikrochip tragender Transponder kontaktlos über eine Funkverbindung mit Energie versorgt wird und Daten ausgelesen werden (K. Finkenzeller, RFID-Handbuch, 2. Auflage, 2000, Hanser Verlag, München). Das RFID-Lesegerät sendet und empfängt Daten im Hochfrequenzbereich, typischerweise im Frequenzband um 13,56 Mhz. Zur Kopplung zwischen RFID-Lesegerät und Mikrochip ist der Transponder mit einer Antenne, insbesondere einer Antennenspule, zur induktiven Kopplung ausgestattet.
So beschreibt die DE 196 30 648 A1 eine Banknote mit einem kontaktlos kommunizierenden Mikrochip, der auf einem metallischen Sicherheitsfaden angeordnet ist. Da aber auch die Antenne für die Daten- und Energieübertragung von und zu dem Mikrochip auf dem metallischen Sicherheitsfaden angeordnet ist, erstreckt sich diese über einen relativ kleinflächigen Bereich. Für bestimmte Frequenzbereiche werden jedoch großflächig ausgelegte Antennen zur induktiven Kopplung benötigt. Diese haben den Vorteil, dass für die gleiche Induktion eine kleinere Windungszahl notwendig ist, insgesamt also eine höhere Induktivität erzielbar ist.
Zum Schutz des Transponders vor Beschädigung, wie z.B. mechanischem Abrieb, aber auch im Hinblick auf Manipulation und Heraustrennung ist eine vollständige Einbettung des Transponders in das Papiersubstrat wünschenswert. Die aus dem Kartenbereich stammende Lösung, ein Inlay mit Spule und Mikrochip zwischen zwei Papierlagen einzulaminieren (die so genannte „Papierkarte"), ist bei höherwertigen Sicherheitsanwendungen aufgrund des Manipulationsrisikos unbefriedigend. Eine Einbringung direkt bei der Papierherstellung analog dem bei Banknotenpapier praktizierten Einbringen von Sicherheitsfäden ist aufgrund der Größe und der Eigenschaften solcher Folieninlays nicht möglich.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Antennenstrukturen möglichst großflächig und manipulationssicher in Papier einzubetten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Da das klebetechnische großflächige Einlaminieren von Folienelementen mit Transponder-Antennen zwischen zwei Papierschichten aufgrund ungenügender Manipulationssicherheit bei hochwertigen Sicherheitsdokumenten nicht infrage kommt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Antennenstrukturen bereits während des Papierherstellungsprozesses in das Papier einzubetten, also unmittelbar bei der Blattbildung.
Grundlage der Erfindung ist die Überlegung, die Antennenstrukturen auf eine für die Einbettung geeignet gestaltete Kunststofffolie aufzubringen und diese als Träger der Antennenstrukturen in die Papierbahn während der Blattbildung irreversibel zu integrieren.
Eine Papierbahn wird hierbei mittels eines Papiersiebs (z.B. auf einer Rundsiebmaschine oder einer Fourdrinier-Maschine) in einem sukzessiven Prozess aus dem flüssigen Papierfaserbrei, der Pulpe, hergestellt. Während dieses Prozesses wird in einem geeigneten Stadium der Blattbildung eine Kunststofffolie mit Antennenstrukturen eingebettet, wobei die Kunststofffolie derart netzartig strukturiert ist, dass sie trotz ihrer hydrophoben Eigenschaften bei der Blattbildung möglichst vollständig von der Pulpe um- und eingeschlossen wird. Es entsteht eine Papierbahn, die ein in sie eingebettetes Kunststofffoliennetz mit Antennenstrukturen umfasst und als Sicherheitspapier zur weiteren Herstellung von Wertdokumenten dienen kann.
Um das vollständige Einbetten des Kunststofffoliennetzes in die Papierbahn während der Blattbildung zu ermöglichen, wird die Kunststofffolie vorzugsweise derart netzartig strukturiert, dass das Kunststofffoliennetz aus zusammenhängenden Kunststoffstegen mit einer Stegbreite von maximal 5 mm besteht. Durch die netzartige Strukturierung wird gewährleistet, dass die Kunststofffolie trotz etwaiger hydrophober Eigenschaften in die Papierbahn eingebettet wird. D.h., die Papierfasern lagern sich an den Kunststoffstegen an und/oder decken diese ab, so dass die Kunststoffstege von Papiermasse umschlossen werden. Sollten bei größeren Breiten der Kunststoffstege Fehlstellen in der Papierbahn auftreten, so können diese durch eine zweite Papierbahn abgedeckt werden, wie dies in der EP 0 625 431 A1 beschrieben ist.
Die Breite der Kunststoffstege kann dabei optimal an die benötigten Antennenwindungen und Übertragungsfrequenzen angepasst werden. Die Breite beträgt 1 bis 10 mm, vorzugsweise 3 bis 8 mm. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die Kunststoffstege eine Breite von 4 bis 5 mm.
Darüber hinaus ist es bei der Einbettung in Papier zur Vermeidung von störenden Unebenheiten der Papieroberfläche zweckmäßig, dass die Kunststofffolie eine gewisse maximale Dicke nicht überschreitet. Deshalb ist als Kunststofffolie vorzugsweise eine Polymerfolie mit einer Dicke von weniger als 30 μm vorgesehen.
Bei der Papierherstellung kann als Papiersieb insbesondere ein Rundsieb verwendet werden. Dabei taucht das rotierende Rundsieb in die Pulpe ein, so dass die Papierfasern an ihm haften bleiben, wobei sich infolge der Rotation langsam eine Papierbahn bestimmter Dicke aufbaut. Das einzubettende Kunststofffoliennetz wird während der Blattbildung derart zugeführt, dass sich sowohl unter als auch über dem Netz, aber auch in den Netzzwischenräumen, eine hinreichend dicke Papierschicht zum vollständigen Einbetten des Kunststofffoliennetzes in die Papierbahn anlagert. Aufgrund dieses Herstellungsprozesses und der Materialeigenschaften sowohl der Papierbahn als auch des Kunststofffoliennetzes ist es besonders vorteilhaft, das Kunststofffoliennetz zu einem Zeitpunkt während der Blattbildung zuzuführen, zu dem die Blattbildung bereits größtenteils, vorzugsweise zu 80%, abgeschlossen ist.
Bei der Herstellung des einzubettenden Kunststofffoliennetzes werden auf eine unversehrte Kunststofffolie Antennenstrukturen aufgebracht und die Folie anschließend als Kunststofffoliennetz hergerichtet. Selbstverständlich können diese beiden Herstellungsschritte auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden, so dass die Kunststofffolie zunächst netzartig strukturiert wird und die Antennenstrukturen anschließend auf das Kunststofffoliennetz aufgebracht werden.
Das netzartige Strukturieren der Kunststofffolie kann auf vielerlei Art und Weise erfolgen, insbesondere durch technisch vergleichsweise einfach zu realisierendes Ausstanzen oder Ausschneiden der nicht benötigten Teilflächen aus der unversehrten Kunststofffolie, so dass nur die netzbildenden Kunststoffstege übrig bleiben. Das Aufbringen der Antennenstrukturen, entweder auf die noch zu strukturierende Kunststofffolie oder auf das bereits strukturierte Kunststofffoliennetz, kann auf unlösbare Weise durch Auf dampfen oder galvanisches Beschichten erfolgen, wobei die eigentlichen Antennenstrukturen erst durch anschließende Ätzung freigelegt werden. Alternativ können die Antennenstrukturen auch auf die Kunststofffolie aufgedruckt werden.
Es ist bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Kunststofffolie vorteilhaft, die netzartige Strukturierung an die Dimensionen der aus der Papierbahn herzustellenden Sicherheitsdokumente anzupassen. So ist es aus funk- und sicherheitstechnischen Erwägungen sinnvoll, Antennenstrukturen vorzusehen, die hinreichend großflächig das Sicherheitspapier durchziehen und für das Kunststofffoliennetz eine maximale Breite von mindestens 20 mm quer zur Laufrichtung der Papierbahn, vorzugsweise jedoch eine maximale Breite von 50 mm oder mehr, vorzusehen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden als Antennenstrukturen Spulenantennen auf die Kunststofffolie aufgebracht, die sich in wenigen Windungen hinreichend großflächig durch die aus dem Sicherheitspapier herzustellenden Sicherheitsdokumente ziehen. Die Spulenantennen verlaufen vorzugsweise entlang der äußeren Kante der Sicherheitsdokumente, um so einen möglichst großen Spulenquerschnitt mit entsprechend hoher Induktion pro Spulenwindung zu erhalten. Dadurch wird es möglich, die Antennenstrukturen in einfacher Weise drucktechnisch herzustellen, obwohl die Induktion derart hergestellter Spulenantennen vergleichsweise gering ist. Alternativ können auch geeignete Dipol-Antennen aufgebracht werden.
Ein Transponder eines RFID-Systems besitzt neben einer Antenne auch zumindest einen integrierten Schaltkreis (IC). Diese können wahlweise vor der Papierherstellung auf dem Kunststofffoliennetz oder nach der Papierherstellung auf dem Sicherheitspapier angebracht werden.
Falls das einzubettende Kunststofffoliennetz lediglich die Antennenstrukturen, nicht aber die integrierten Schaltkreise trägt, werden bei der Herstellung des Sicherheitspapiers zumindest einseitig Fenster hinreichender Größe von z.B. etwa 0,5 cm² im Bereich der Antennenstrukturen in der Papierbahn offen gelassen. Solche Fenster lassen sich analog zur Herstellung des so genannten „Fenstersicherheitsfadens" im Papier während der Blattbildung erzeugen. Durch diese Fenster hindurch, werden nachträglich aufzubringende integrierte Schaltkreise mit Kontaktflächen der Antennenstrukturen in Kontakt gebracht. Dabei können zunächst die integrierten Schaltkreise auf der Papierbahn oder dem daraus hergestellten Sicherheitsdokument aufgebracht und anschließend durch entsprechende Folienelemente zur Sicherung abgedeckt werden. Andererseits können die integrierten Schaltkreise auch direkt auf dem Folienelement selbst ausgebildet sein, entweder in Dünnschichttechnik (TFT-Bauweise; Thin-Film-Transistor) aus α-Silizium oder poly-Silizium oder auf Basis von, z.B. gedruckten, organischen Halbleitermaterialien, und mit den Antennenstrukturen auf der Papierbahn in Kontakt gebracht werden.
Falls das einzubettende Kunststofffoliennetz zusätzlich zu den Antennenstrukturen auch die integrierten Schaltkreise trägt, ist es vorteilhaft, die Antennenstrukturen einschließlich der integrierten Schaltkreise integral in Dünnschichttechnik oder auf Basis von, z.B. gedruckten, organischen Halbleitermaterialien herzustellen.
Es ist vorteilhaft, beim Aufbringen von separaten Mikrochips gedünnte Mikrochips mit einer Dicke von maximal 30 μm zu verwenden, um die Gesamt dicke des Papiers und die Stapelbarkeit daraus hergestellter Sicherheitsdokumente möglichst wenig zu beeinflussen. Die Erfindung ist nicht auf den Einsatz von herkömmlichen Transponderchips beschränkt und kann zum Beispiel auch in Zusammenhang mit LED-Chips, insbesondere gedünnten LED-Chips oder auf Basis organischer Verbindungen hergestellter LEDs (OLED), realisiert werden.
An die Herstellung des Sicherheitspapiers schließt sich die Herstellung der eigentlichen Sicherheitsdokumente aus dem erfindungsgemäßen Sicherheitspapier an. Dazu wird das Sicherheitspapier im Regelfall nach dem Bedrucken in Einzelblätter der Größe der herzustellenden Sicherheitsdokumente geschnitten. Auf die Größe der herzustellenden Sicherheitsdokumente ist der Verlauf der Antennestrukturen in dem Sicherheitspapier bzw. die Strukturierung des Kunststofffoliennetzes derart abgestimmt, dass nach dem Schneiden in jedem Sicherheitsdokument Antennenstrukturen von zumindest einer Antenne für zumindest einen integrierten Schaltkreis enthalten sind. Selbstverständlich können die Sicherheitsdokumente auch Antennenstrukturen für mehrere Antennen umfassen.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele und Ausführungsalternativen im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen. Darin zeigen:
1 einen Ausschnitt eines Kunststofffoliennetzes mit aufgebrachten Antennenstrukturen und Mikrochips in Draufsicht;
2 eine Papierbahn mit einem eingebetteten Kunststofffoliennetz mit Antennenstrukturen und Mikrochips in Draufsicht;
3 ein Sicherheitsdokument mit eingebettetem Kunststofffoliennetz mit einer Antennenstruktur und einem Mikrochip;
4 das Einbetten eines Kunststofffoliennetzes in eine Papierbahn während der Blattbildung in Seitenansicht gemäß einer ersten Variante und
5 das Einbetten eines Kunststofffoliennetzes in eine Papierbahn während der Blattbildung in Seitenansicht gemäß einer zweiten Variante.
1 zeigt ein aus einer Kunststofffolie durch Entfernen von Teilbereichen 1, 2 hergestelltes Kunststofffoliennetz 3, welches sich aus Stegen 4 zusammensetzt. Damit das Kunststofffoliennetz 3 ausreichend dünn und flexibel ist, um es möglichst unauffällig in eine Papierbahn einzubetten, besteht das Kunststofffoliennetz 3 vorzugsweise aus einer Polymerfolie mit einer Dicke von weniger als 30 μm.
Aufgrund der stark hydrophoben Oberfläche derartiger Polymerfolien haben die Stege 4 des Kunststofffoliennetzes 3 vorzugsweise eine Breite von 2 mm oder weniger und jedenfalls eine maximale Breite von 10 mm, damit das Kunststofffoliennetz 3 bei der Einbettung in die Papierbahn von Papierfasern vollständig abgedeckt werden kann. Im gezeigten Beispiel haben die Stege eine Breite von 4 mm. Demzufolge werden die Teilbereiche 1, 2 bei der Herstellung des Kunststofffoliennetzes 3 derart aus der unversehrten Kunststofffolie ausgestanzt oder ausgeschnitten, dass das resultierende Kunststofffoliennetz 3 lediglich aus Kunststoffstegen 4 der Stegbreite von 4 mm besteht.
Als Antennenstrukturen 5 sind in 1 Spulenantennen mit wenigen Windungen auf den Kunststoffstegen 4 des Kunststofffoliennetzes 3 schematisiert angedeutet. Es ist vorteilhaft, die Spulenantennen derart auf das Kunststofffoliennetz 3 aufzubringen, dass sie einen möglichst großen Querschnitt besitzen, so dass die von den Spulenantennen 5 eingeschlossenen Teilbereiche 1, 2 möglichst groß sind. Die ideale, d.h. maximale Größe des Spulenquerschnitts hängt von der Größe der herzustellenden Sicherheitsdokumente ab.
Umfunktionstüchtige Transponder zum Speichern und kontaktlosen Abfragen von sicherheitsrelevanten Informationen durch z.B. ein RFID-System zur Verfügung zu stellen, bedarf es neben den Antennenstrukturen 5 auch integrierte Schaltkreise, die mit den Antennenstrukturen 5 in Kontakt sind. Deshalb ist je eine Antennenstruktur 5 auf dem Kunststofffoliennetz 3 mit einem entsprechenden Mikrochip 6 bestückt. Über die Antenne wird der Mikrochip 6 mit Betriebsenergie versorgt und die im Mikrochip 6 vorgehaltenen Daten kontaktlos ausgelesen oder neue Daten eingeschrieben. Als Daten können in den Mikrochip 6 vielfältige, das jeweilige Sicherheitsdokument betreffende Sicherheitsinformation und -merkmale gespeichert werden.
Als Mikrochip 6 werden bevorzugt gedünnte Mikrochips mit einer maximalen Dicke von 30 μm verwendet, um sie nach Möglichkeit unauffällig in eine Papierbahn einbetten zu können. Ebenso ist es möglich, optische Strukturen und Komponenten, wie z.B. gedünnte LED-Chips (Licht Emittierende Dioden) vorzusehen. Wahlweise können die integrierten Schaltungen auch aus α-Silizium oder poly-Silizium oder aus organischen Halbleitermaterialien mittels TFT-Technologie (Thin-Film-Transistors) als integraler Bestandteil der Antennenstrukturen hergestellt werden.
Prinzipiell kann die Kunststofffolie durch Variation der Teilflächen 1, 2 in jede beliebige zweidimensionale geometrische Figur strukturiert werden. Daher kann auch als Antennenform prinzipiell jede beliebige zweidimensionale geometrische Form realisiert werden, vorausgesetzt, die entsprechenden Kunststoffstege 4 des Kunststofffoliennetzes 3 haben eine Stegbreite, die in eine Papierbahn eingebettet werden kann. So ist es in Abweichung der Darstellung in 1 beispielsweise auch möglich, die Antennenstrukturen 5 ellipsoid oder abgerundet auszugestalten. Ebenso kann die Leitung der Antennenstrukturen 5 in einer quasi-fraktalen Art und Weise geführt sein, also vielfach gewunden und gekennzeichnet durch viele Richtungsänderungen.
Die Antennenstrukturen 5 werden auf das Kunststofffoliennetz 3 durch Aufdampfen oder galvanisches Beschichten aufgebracht, wobei die eigentlichen Antennenstrukturen 5 durch eine nachfolgende Ätzung freigelegt werden. Wahlweise können die Antennenstrukturen 5 in verfahrenstechnisch einfacher Weise auch aufgedruckt werden. Zwar ist die Induktivität gedruckter Antennenspulen vergleichsweise gering. Dieser Nachteil wird durch den großen Spulenquerschnitt jedoch ausgeglichen.
Das Ausführungsbeispiel der 1 zeigt mehrere Spulenantennen mit jeweils einem Mikrochip 6, die im Foliennetz 3 periodisch angeordnet sind. Abgesehen von dieser bevorzugten Anordnung von Antennenstrukturen 5 auf dem Kunststofffoliennetz 3 kann auf das Foliennetz 3 eine einzige zusammenhängende Antennenstruktur 5 aufgebracht sein, die u. U. eine Vielzahl von Windungen – möglicherweise periodisch wiederholend – beschreibt, und die erst nach dem Einbetten des Kunststofffoliennetzes 3 in eine Papierbahn bei der Herstellung der eigentlichen Sicherheitsdokumente durch Zerschneiden der Papierbahn in einzelne Antennenstrukturen 5 getrennt wird.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine Papierbahn 7, in die bei ihrer Herstellung ein Kunststofffoliennetz 3 (dargestellt als schwarze Blocklinien) eingebettet wurde. Das Kunststofffoliennetz 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht nur wie in 1 vertikal strukturiert, sondern weist periodisch wiederkehrende identische Antennenstrukturen 5 mit Mikrochips 6 (beide weiß dargestellt) auch in horizontaler Richtung über die gesamte Breite der Papierbahn 7 auf. Die Antennenstrukturen 5 sind so angeordnet, dass sich jeweils genau eine Antenne mit einem Mikrochip 6 nach dem Zerschneiden der Papierbahn 7 in den einzelnen Sicherheitsdokumenten 8 (durch gestrichelte Linien angedeutet) befindet. Ein aus einer Papierbahn ausgeschnittenes einzelnes Sicherheitsdokument 8 zeigt 3. Eine Papierbahn 7 mit der in 2 gezeigten Anordnung von Kunststofffoliennetz 3, Antennenstrukturen 5 und Mikrochips 6 eignet sich beispielsweise für die Banknotenherstellung.
Entgegen der Darstellung der 2, kann es sinnvoll sein, anstelle eines einzelnen, sich über die gesamte Breite der Papierbahn 7 erstreckenden Kunststofffoliennetzes 3, mehrere getrennte Kunststofffoliennetze 3 definierter Breite zu verwenden und diese parallel nebeneinander in Papierbahnlängsrichtung in die Papierbahn 7 analog zur Einbettung von Sicherheitsfäden einzubetten. Dabei ist es zweckmäßig, solche Kunststofffoliennetze 3 zu verwenden, die quer zur Papierbahnlängsrichtung eine maximale Breite von über 20 mm aufweisen, insbesondere über 50 mm. Diesem Kriterium würde beispielsweise das Kunststofffoliennetz 3 aus 1 auch dann genügen, wenn die Verbindungen der vertikal übereinander angeordneten Antennenstrukturen 5 nicht durch jeweils zwei vertikale Stege 4 an den Rändern des Kunststofffoliennetzes 3, sondern lediglich durch einen zentrierten Verbindungssteg realisiert würde.
Aus der Kunststofffolie gemäß 2 wurden daher zur netzartigen Strukturierung und Herstellung des Kunststofffoliennetzes 3 Teilbereiche 1, 2 so ausgestanzt, dass ein Kunststofffoliennetz 3 entsteht, das einerseits eine Vielzahl von separaten, orthogonal zueinander angeordneten Antennenstrukturen 5 trägt und andererseits ein zusammenhängendes und in einem Arbeitsgang in die Papierbahn 7 einzubettendes Kunststofffoliennetz 3 entsprechend der Breite der Papierbahn 7 bildet. Die ausgestanzten Teilbereiche 1 sind vorzugsweise so groß gewählt, dass in diesen Bereichen, also in den vollständig mit Papierfasern gefüllten Bereichen zwischen den Kunststoffstegen 4 des Foliennetzes 3, weitere Sicherheitsmerkmale, wie z.B. Wasserzeichen oder optisch variable Elemente, in das Papier eingebracht werden können, so dass diese nicht mit der Kuststofffolie interferieren.
3 zeigt ein einzelnes Sicherheitsdokument 8, das aus der in 2 gezeigten Papierbahn ausgeschnitten wurde. Der im Sicherheitsdokument eingebettete Ausschnitt des Kunststofffoliennetzes 3 ist wieder schwarz dargestellt. Es trägt einen Mikrochip 6 mit Spulenantenne 5 und realisiert somit einen in das Sicherheitsdokument 8 eingebetteten Transponder, z.B. für ein RFID-System. Es ist notwendig, die netzartige Strukturierung der Kunststofffolie im Hinblick auf die Breite und Länge des herzustellenden Sicherheitsdokuments 8 vorzunehmen. So ist es bei der Einbettung von Spulenantennen in Banknotenpapier beispielsweise sinnvoll, für die Antennenstrukturen 5 eine Breite von etwa 10 bis 15 cm und eine Höhe von etwa 6 bis 10 cm vorzusehen.
4 illustriert schließlich den Vorgang des Einbettens eines Kunststofffoliennetzes 3 in eine Papierbahn 7 während der Blattbildung. Dabei wird die Papierbahn 7 beim Durchführen des Papiersiebes 9 durch die Pulpe 10 aufgebaut. Als Papiersieb 9 zeigt die 4 ein durch die Pulpe 10 rotierendes Rundsieb, an dem sich Papierfasern anlagern und sukzessive zur gewünschten Papierdicke aufbauen. Dieser Aufbauprozess beginnt mit dem Eintauchen der Oberfläche des Papiersiebs 9 in die Pulpe 10. Um das Kunststofffoliennetz 3 mit den aufgebrachten Antennenstrukturen in die Papierbahn 7 einbetten zu können, wird es der Papierbahn 7 zu einem Zeitpunkt zugeführt, zu dem die Blattbildung bereits begonnen hat, die sich bildende Papierbahn 7 aber noch nicht ihre endgültige Papierdicke erreicht hat.
Hierbei ist es zur optimalen Fixierung des Kunststofffoliennetzes 3 vorteilhaft, wenn das Kunststofffoliennetz 3 im fertigen Papier in etwa zentral in der Papierbahn 7 positioniert ist. Da sich die Einsinktiefe des Kunststofffoliennetzes 3 während der Einbettung verfahrensbedingt verändert, wird das Kunststofffoliennetz 3 dem Papiersieb 9 erst zu einem Zeitpunkt zugeführt, zu dem die Blattbildung bereits größtenteils, vorzugsweise zu 80%, abgeschlossen ist.
Falls das Kunststofffoliennetz 3 lediglich Antennenstrukturen und keine integrierten Schaltungen aufweist, werden bei der Herstellung der Papierbahn 7 zumindest einseitig Fenster in der Papierbahn 7 durch eine spezielle Konfiguration des Papiersiebs 9 gebildet, um die Mikrochips nachträglich auf der Papierbahn 7 anbringen und diese durch die Fenster hindurch mit den Antennenstrukturen kontaktieren zu können.
5 zeigt eine alternatives Verfahren zur manipulationssicheren Einbettung eines Kunststoffoliennetzes 3 in eine Papierbahn 7 analog zu dem in EP 0 625 431 A1 beschriebenen Verfahren zur Einbettung eines breiten Fenstersicherheitsfadens in eine Papierbahn. Dabei werden zwei Papierrundsiebe 9, 9' verwendet, wobei das erste Papiersieb 9 mit Höckern 11 an seiner Oberfläche ausgestattet ist. Während das Papiersieb 9 durch die Pulpe 10 rotiert, lagert sie sich um die Höcker 11 auf dem Papiersieb 9 an und eine Papierbahn 7 baut sich sukzessive bis zur erwünschten Dicke auf. Ebenso wie bei der in 4 gezeigten Variante wird auch hier ein Kunststofffoliennetz 3 mit aufgebrachten Antennenstrukturen während der Blattbildung in die Papierbahn 7 so eingebettet, das es von der Papierbahn 7 vollständig umschlossen wird.
An den Stellen auf der dem Sieb zugewandten Seite der fertiggestellten Papierbahn 7, an denen sich bei ihrer Herstellung die Höcker 11 des Papiersiebs 9 befanden, befinden sich nun einseitige Fenster, durch die hindurch das eingebettete Kunststofffolienetz 3 zugänglich ist. Diese Fenstertechnik kann vorteilhaft verwendet werden, wenn auf dem eingebetteten Kunststoffoliennetz 3 zwar Antennenstrukturen aufgebracht sind, integrierte Schaltungen bzw. gedünnte Mikrochips jedoch erst nach der Herstellung der Papierbahn 7 durch die Fenster hindurch in Kontakt mit den Antennenstrukturen auf der entsprechenden Seite der Papierbahn 7 aufgebracht werden. Aufgrund der Größe der nachträglich aufzubringenden integrierten Schaltungen weisen die Fenster üblicherweise eine Größe von etwa 0,5 cm² auf.
Falls das einzubettende Kunststofffoliennetz 3 derart netzartig strukturiert ist, dass es aus Kunststoffstegen einer Breite von cirka 1,5 bis 2 mm besteht, kann davon ausgegangen werden, dass die Pulpe die Stege bei der Papierherstellung beidseitig vollständig einschließt und das Kunststofffoliennetz 3 ohne Fehlerstellen in der Papierbahn 7 eingebettet ist. Falls die Stege jedoch eine Breite größer 2 mm aufweisen, kann es aufgrund der hydrophoben Eigenschaften der Kunststoffolie zu vereinzelten Fehlerstellen kommen, an denen die Kunststoffolie durch Löcher in der Papierbahn 7 ungewollt sichtbar ist.
In der EP 0 625 431 A1 wird erläutert, dass sich derartige Fehlerstellen bei einer Stegbreite größer 2 mm aufgrund des durch das wasserundurchlässige Kunststofffoliennetz 3 behinderten Trocknungsprozesses auf der dem Papiersieb 9 abgewandten Seite der Papierbahn 7 ausbilden, also auf der Seite, die keine durch die Höcker 11 erzeugten Fenster aufweist. Aus diesem Grund wird ein zweites Papiersieb 9' eingesetzt, auf dem eine zweite Papierbahn 7' gebildet wird, die noch im nassen Zustand auf diejenige Seite der Papierbahn 7 aufgebracht wird, die die ungewollten Fehlerstellen aufweist. Da beide Papierbahnen 7, 7' unmittelbar nach ihrer Herstellung im nassen Zustand verbunden werden, können sie später nicht mehr voneinander getrennt werden, ohne dass dadurch die kombinierte Papierbahn 7, 7' zerstört würde. Das Verfahren garantiert also die gewünschte Manipulationssicherheit der herzustellenden Sicherheitsdokumente.
Auf die in 5 gezeigte Weise kann eine kombinierte Papierbahn 7, 7' hergestellt werden, in die ein Kunststofffoliennetz 3 mit Stegbreiten von mindesten 2 mm und maximal 5 mm zuverlässig vollständig eingebettet ist. Die zweite Papierbahn 7' weist dabei eine Dicke von 10% bis 50% der Gesamtdicke der kombinierten Papierbahn 7, 7' auf, vorzugsweise jedoch eine Dicke von 20% der Gesamtdicke.
Beim nachträglich Aufbringen von Mikrochips auf die Papierbahn 7 und Kontaktieren der entsprechenden Antennenstrukturen durch die von den Höckern 11 des Rundsiebs 9 erzeugten Fenster hindurch, werden die Mikrochips zu ihrem Schutz jeweils mittels geeigneter Folienelemente abgedeckt. Alternativ ist es auch möglich, Folienelemente zu verwenden, auf denen die integrierten Schaltkreise bereits realisiert sind, z.B. in TFT-Technologie oder aus organischen Halbleitermaterialien. Natürlich ist es bei nachträglichem Aufbringen der Mikrochips auch möglich, diese erst nach der Aufteilung der Papierbahn 7 auf die einzelnen Sicherheitsdokumente aufzubringen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitspapiers, umfassend die Schritte: – Bilden einer Papierbahn (7) auf einem Papiersieb (9), und – Einbetten einer Kunststofffolie mit Antennenstrukturen (5) in die Papierbahn (7) während der Blattbildung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie ein netzartig strukturiertes Kunststofffoliennetz (3) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schritt des Bildens der Papierbahn (7) als Papiersieb (9) ein Rundsieb verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schritt des Einbettens das Kunststofffoliennetz (3) dem Papiersieb (9) zugeführt wird, wenn die Blattbildung größtenteils, vorzugsweise zu 80%, abgeschlossen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Antennenstrukturen (5) zumindest auf einer Seite des Kunststofffoliennetzes (3) Fenster in der Papierbahn (7) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: – Kontaktieren von Mikrochips (6) oder Chips auf so genannten Interposern, oder Chips in so genannten Modulen mit den Antennenstrukturen (5) durch die Fenster hindurch und/oder – Abdecken der Mikrochips (6) mit Folienelementen.
Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch den Schritt des Kontaktierens von auf Folienelementen in Dünnschichttechnik oder auf Basis von organischen Halbleitermaterialien integrierten Schaltkreisen mit den Antennenstrukturen (5) durch die Fenster hindurch.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Kunststofffoliennetz (3) gedünnte Mikrochips, integrierte Schaltkreise in Dünnschichttechnik oder auf Basis organischer Halbleitermaterialien realisiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: – Bilden einer zweiten Papierbahn (7') auf einem zweiten Papiersieb (9'), und – Aufbringen der zweiten Papierbahn (7') auf eine Seite der Papierbahn (7) nach dem Schritt des Einbettens des Kunststofffoliennetzes (3).
Verfahren zum Herstellen eines Kunststofffoliennetzes (3) mit Antennenstrukturen (5) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die Schritte: – Aufbringen von Antennenstrukturen (5) auf eine Kunststofffolie und – netzartiges Strukturieren der Kunststofffolie, so dass ein Kunststofffoliennetz (3) entsteht.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie so strukturiert wird, dass das Kunststofffoliennetz (3) aus zusammenhängenden Kunststoffstegen (4) mit einer Stegbreite von maximal 5 mm besteht.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffoliennetz (3) eine maximale Breite von mehr als 5 mm, vorzugsweise von mindestens 20 mm aufweist, insbesondere von 50 mm oder mehr.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des netzartigen Strukturierens durch Ausstanzen oder Ausschneiden von Teilflächen (1, 2) aus der Kunststofffolie erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbringens der Antennenstrukturen (5) durch Aufdampfen oder galvanisch jeweils mit nachfolgender Ätzung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbringens der Antennenstrukturen (5) durch Aufdrucken erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Antennenstrukturen (5) Spulenantennen aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Aufbringens von integrierte Schaltkreise in Dünnschichttechnik oder auf Basis organischer Halbleitermaterialien auf dem Kunststofffoliennetz (3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Aufbringens von Mikrochips (6) auf die Kunststofffolie in Kontakt mit den Antennenstrukturen (5).
Kunststofffolie mit Antennenstrukturen (5) zum Einbetten in ein Sicherheitspapier, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie ein netzartig strukturiertes Kunststofffoliennetz (3) ist, auf dem die Antennenstrukturen (5) aufgebracht sind.
Kunststofffolie nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffoliennetz (3) aus zusammenhängenden Kunststoffstegen (4) mit einer Stegbreite von maximal 5 mm besteht.
Kunststofffolie nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffoliennetz (3) aus einer Polymerfolie mit einer Dicke von weniger als 30 μm besteht.
Kunststofffolie nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffoliennetz (3) eine maximale Breite von mehr als 5 mm, vorzugsweise von mindesten 20 mm aufweist, insbesondere von 50 mm oder mehr.
Kunststofffolie nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstrukturen (5) Spulenantennen sind.
Kunststofffolie nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstrukturen (5) aufgedampft oder galvanisch aufgebracht sind mit jeweils nachfolgender Ätzung.
Kunststofffolie nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstrukturen (5) aufgedruckt sind.
Kunststofffolie nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass integrierte Schaltkreise in Kontakt mit den Antennenstrukturen (5) aufgebracht sind.
Kunststofffolie nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierten Schaltkreise gedünnte Mikrochips (6) mit einer Dicke von maximal 30 μm sind.
Kunststofffolie nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierten Schaltkreise in Dünnschichttechnik oder auf Basis organischer Halbleitermaterial realisiert sind.
Kunststofffolie nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierten Schaltkreise aufgedruckt sind.
Sicherheitspapier, umfassend eine Papierbahn (7) mit eingebetteter Kunststofffolie mit Antennenstrukturen (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie ein netzartig strukturiertes Kunststofffoliennetz (3) ist.
Sicherheitspapier nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffoliennetz (3) ein Kunststofffoliennetz nach einem der Ansprüche 18 bis 28 ist.
Sicherheitspapier nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitspapier zumindest einseitig Fenster in der Papierbahn (7) im Bereich der Antennenstrukturen (5) aufweist.
Sicherheitspapier nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass Mikrochips (6) die Antennenstrukturen (5) durch die Fenster hindurch kontaktieren und die Mikrochips (6) mit Folienelementen abgedeckt sind.
Sicherheitspapier nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrochips (6) gedünnte Mikrochips mit einer Dicke von maximal 30 μm sind.
Sicherheitspapier nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass auf Folienelementen in Dünnschichttechnik oder auf Basis von organischen Halbleitermaterialien realisierte integrierte Schaltkreise die Antennenstrukturen (5) durch die Fenster hindurch kontaktieren.
Sicherheitspapier nach einem der Ansprüche 28 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass es durch zwei Bahnen (7, 7') aus der Pulpe gebildet wurde.
Verfahren zum Herstellen von Sicherheitsdokumenten aus einem Sicherheitspapier gemäß einem der Ansprüche 28 bis 34, gekennzeichnet durch den Schritt des Schneidens des Sicherheitspapiers in Einzelblätter, die der Größe der Sicherheitsdokumente (8) entsprechen, wobei jedes Sicherheitsdokument (8) Antennenstrukturen (5) für zumindest eine Antenne umfasst.
Sicherheitsdokument (8), das ein Sicherheitspapier gemäß einem der Ansprüche 28 bis 34 mit Antennenstrukturen (5) für mindestens eine Antenne umfasst.