DE102005008256A1

DE102005008256A1 - Sicherheitspapier sowie daraus hergestelltes Wertdokument

Info

Publication number: DE102005008256A1
Application number: DE102005008256A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Fiedler; Thomas Dr. Giering
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2025-02-24
Also published as: DE102005008256B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitspapier sowie ein Wertdokument, welche einen optischen Effekt erzeugende Materialien enthalten. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Sicherheitspapieren und Wertdokumenten sowie ein Verfahren zur Überprüfung eines derartigen Sicherheitspapiers bzw. Wertdokuments. DOLLAR A Gemäß der Erfindung wird ein Sicherheitspapier und/oder Wertdokument mit einen optischen Effekt erzeugenden Materialien vorgeschlagen, wobei die den optischen Effekt erzeugenden Materialien von lichtleitenden Partikeln mit gekrümmter Oberfläche gebildet werden, auf deren Oberfläche ein Leuchtstoff aufgebracht ist, und wobei die Partikel in ein das Sicherheitspapier und/oder das Wertdokument bildendes Substrat eingebracht sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitspapier und/oder ein Wertdokument, welche einen optischen Effekt erzeugende Materialien enthalten. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Sicherheitspapieren und Wertdokumenten sowie ein Verfahren zur Überprüfung eines derartigen Sicherheitspapiers bzw. Wertdokuments.
Bei einem Wertdokument im Sinne der Erfindung kann es sich um Banknoten, aber auch Aktien, Urkunden, Briefmarken, Schecks, Eintrittskarten, Fahrkarten, Flugscheine, Ausweise, Visasticker und Ähnliches sowie Etiketten, Siegel, Verpackungen, Sicherheitspapier oder andere Elemente für die Produktsicherung handeln. Die vereinfachende Benennung „Wertdokument" schließt deshalb im Folgenden stets Dokumente der genannten Art ein. Bei Sicherheitspapier im Sinne der Erfindung kann es sich um Papier aus Baumwolle oder Zellulose, oder um ein Kunststoffsubstrat handeln.

Es ist bekannt, daß Banknoten einen optischen Effekt erzeugendes Material aufweisen, das z. B. zur Überprüfung der Echtheit der Banknoten verwendet wird. Derartiges Material kann auf der Oberfläche der Banknoten aufgebracht sein oder Bestandteil des für die Herstellung der Banknoten verwendeten Sicherheitspapiers sein.

Wird das den optischen Effekt erzeugende Material in das Sicherheitspapier eingebracht, kann der durch das Material erzeugte optische Effekt, wegen der Beeinflussung durch das umgebende Sicherheitspapier, verschlechtert oder sogar völlig unterdrückt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitspapier und/oder ein Wertdokument zu schaffen, bei denen einen optischen Effekt aufweisendes Material in das Sicherheitspapier bzw. das Wertdokument eingebracht ist, und der durch das eingebrachte Material erzeugte optische Effekt trotzdem gut nachweisbar sein soll.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sicherheitspapiers und/oder Wertdokuments sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung des Sicherheitselements bzw. Wertdokuments bereitzustellen.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung wird ein Sicherheitspapier und/oder Wertdokument mit einen optischen Effekt erzeugenden Materialien vorgeschlagen, wobei die den optischen Effekt erzeugenden Materialien von lichtleitenden Partikeln mit gekrümmter Oberfläche gebildet werden, auf deren Oberfläche ein Leuchtstoff aufgebracht ist, und wobei die Partikel in ein das Sicherheitspapier oder das Wertdokument bildendes Substrat eingebracht sind.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß der optische Effekt durch die Verwendung von lichtleitenden Partikeln mit gekrümmter Oberfläche, mit einem auf der Oberfläche aufgebrachten Leuchtstoff nicht durch das die Partikelumgebende Material des Substrats des Sicherheitspapiers und/oder Wertdokuments verschlechtert wird.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten Proportionen (insbesondere Schichtdicken) entsprechen nicht unbedingt den in der Realität vorliegenden Verhältnissen und dienen vornehmlich zur Verbesserung der Anschaulichkeit.

Die Erfindung wird aus Gründen der Übersichtlichkeit nur am Beispiel einer Banknote näher erläutert. Es ist aber offensichtlich, daß die Erfindung ohne weiteres für die oben erwähnten Wertdokumente verwendet werden kann.
Es zeigt:
1 eine Banknote mit einen optischen Effekt aufweisenden Materialien,
2 die Banknote nach 1 im Querschnitt, und
3 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Überprüfung der Banknote mit einen optischen Effekt aufweisenden Materialien.
1 zeigt eine Banknote 1 mit einem Substrat 2 aus Papier, Kunststoff oder aus einem Laminat aus Papier und/oder Kunststoff. Die Banknote 1 ist in bekannter Weise bedruckt 3 und kann darüber hinaus weitere Elemente wie Sicherheitsfaden, Hologramm oder Kinegramm, Wasserzeichen usw. aufweisen. In das Substrat 2 sind einen optischen Effekt aufweisende Materialien eingebracht.
In 2 ist die Banknote 1 im Querschnitt entlang der strichpunktierten Linie A-A gezeigt, um den Aufbau der Banknote 1 hinsichtlich des den optischen Effekt aufweisenden Materials zu verdeutlichen.
Gemäß 2 wird das Papier- bzw. Kunststoffsubstrat 2 der Banknote 1 bei der Herstellung mit Licht leitenden Partikeln 4 versehen, dazu werden die Partikel 4 z. B. in die Pulpe bei der Papierherstellung gemischt. Die Partikel 4 können als Mikropartikel ausgebildet sein, die eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, beispielsweise eine sphärische bzw. kugelförmige Form. Die Partikel 4 können aus Glas oder aus Kunststoff hergestellt werden. Die Partikel 4 weisen einen Leuchtstoff auf, z. B. einen Luminophor, welcher auf der Oberfläche der Partikel 4 aufgebracht ist, z. B. als Schicht lumineszierender Nanokristalle. Der Leuchtstoff kann zusätzlich auch in das Material der Partikel 4 eingebracht sein. Bei einer Beleuchtung mit für den verwendeten Leuchtstoff geeignetem Licht, z. B. Licht eines Lasers mit einer bestimmten Wellenlänge und einer bestimmten Leistung, wird in den Partikeln 4 der sogenannte Whispering Gallery Mode angeregt. Beim Whispering Gallery Mode bewegt sich die Welle des bei der Beleuchtung in die Partikel 4 eingestrahlten Lichts entlang der gekrümmten, in sich geschlossenen Fläche der Partikel 4, vergleichbar mit einer Totalreflexion an der Oberfläche der Partikel 4. Dabei tritt jedoch zusätzlich eine evaneszente Welle auf, die in den Raum außerhalb der Partikel 4 reicht. Da innerhalb der Partikel 4 praktisch keine Dämpfung auftritt, können die Partikel als Mikroresonatoren verwendet werden, um den gewünschten optischen Effekt zu bewirken, der Licht einer bestimmten Emissionswellenlänge erzeugt.
Wegen der zuvor genannten evaneszenten Welle, die in den Raum außerhalb der Partikel 4 reicht, kommt es jedoch zu einer Dämpfung durch das Material des Substrats 2 der Banknote 1, in welches die Partikel 4 eingebettet sind. Die Dämpfung wird jedoch durch die auf der Oberfläche der Partikel 4 aufgebrachte Leuchtstoffschicht vermieden. Wird die Dicke der Leuchtstoffschicht derart bemessen, daß die evaneszente Welle vollständig innerhalb des Leuchtstoffs liegt, kann sogar eine weitere Verbesserung des Resonatoreffekts erzielt werden.
Die Partikel 4 können z. B. als pulverförmige Substanz hergestellt werden und bei der Papier- oder Druckfarbenherstellung zugesetzt werden. Es ist auch möglich die Partikel 4 auf das Substrat 2 zu blasen oder streuen, z. B. wenn diese noch feucht ist oder die für den Druck verwendete Farbe noch nicht getrocknet ist.
Damit die Partikel 4 die gewünschten Eigenschaften aufweisen, muß das Gesamtsystem aus stehender Welle, Partikel und Luminophorschicht so aufgebaut sein, daß Anregung und Dämpfung der stehenden Welle durch die Luminophorschicht und Emission nach außen in einem stationären Gleichgewicht stehen. Die Absorption des Luminophors muß bei der Emissionswellenlänge entsprechend gering sein.
Durch die Resonanzwirkung der Sphäre der Partikel 4 wird in der jeweiligen Mode Energie aus dem anregenden Licht gespeichert, wodurch sich die Wechselwirkung zwischen Licht und Luminophor verstärkt. Aus diesem Grund sind geringere Merkmalsmengen, d. h. das die Partikel 4 umgebende Luminophor, nachweisbar, als bei direkter Einbettung des entsprechenden Luminophors in das Substrat 2.
Neben der beschriebenen kugelförmigen Gestaltung der die Partikel 4 bildende Sphären bzw. Resonatoren, sind prinzipielle auch anderen Formen, z. B. Zylinder, möglich. Allerdings weisen andere Resonatorformen jedoch geringere Güten als kugelförmige Sphären bzw. Resonatoren auf, die aus diesem, Grund bevorzugt werden. Die Sphären können beispielsweise einen Durchmesser von 1–12 μm aufweisen.
Die Sphären können z. B. von monodispersen Mikrokugeln mit einem Durchmesser von 1–12 μm gebildet werden, die kommerziell verfügbar sind und auf Basis von Melaminharz, PC, PE, PMMA, PPV, PS, SiO2 oder Zirkonate hergestellt werden können.
3 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Überprüfung der erfindungsgemäßen Banknote 1.
Die Vorrichtung weist eine Lichtquelle 5 zur Anregung des den optischen Effekt erzeugenden Materials auf. Die Lichtquelle 5 kann von einem Laser gebildet werden, dessen Wellenlänge derart gewählt wird, daß eine Anregung des den optischen Effekt erzeugenden Materials erfolgt, d. h. der Partikel 4 mit Luminophor. Aufgrund der Anregung durch den Laser 5 erzeugen die Partikel 4, bzw. deren Luminophor, einen optischen Effekt in Form von lumineszentem Licht mit bestimmter Emissionswellenlänge. Mittels eines Detektors 6, z. B. einer Fotodiode, der im wesentlichen nur für die Emissionswellenlänge des lumineszenten Lichts empfindlich ist, wird ermittelt, ob der erwartete optische Effekt auftritt. Tritt der Effekt auf, kann beispielsweise darauf geschlossen werden, daß eine echte Banknote vorliegt. Tritt der Effekt nicht auf, wird darauf geschlossen, daß keine echte Banknote vorliegt.
Allgemein kann der gewünschte Nachweis z. B. durch Prüfung der Laserschwelle erfolgen, d. h. der erwartete optische Effekt tritt unter genau definierten Umständen auf. Weiterhin kann auch das Spektrum des emittierten Lichts zur Auswertung herangezogen werden, da dieses einem genau definierten Wellenlängenbereich aufweisen muß.
Die Emissionswellenlängen treten üblicherweise nicht als Monomoden auf, vielmehr gibt es eine eindeutige Modenstruktur, d. h. verschiedene Wellenlängen mit bestimmten Amplituden. Durch Vermessen der Abstände der auftretenden Wellenlängen bzw. deren jeweiliger Wellenlänge kann der gewünschte Nachweis geführt werden. Dabei können zusätzlich die Amplituden der einzelnen Wellenlängen ermittelt werden. Eine weitere charakteristische Größe sind die dynamischen Eigenschaften der Lumineszenz, insbesondere die Lebensdauer der auftretenden Lumineszenz. Schließlich kann auch die Wechselwirkung der einzelnen Partikel 4 ausgewertet werden.
Probleme ergeben sich bei der Verwendung der beschriebenen Farbstoffe bzw. Luminophore, die wie beschrieben auf die Oberflächen der Partikel 4 aufgebracht werden, hinsichtlich ihrer Langzeitstabilität. Einerseits sind die Luminophore den Angriffen der Umgebung ausgesetzt, z. B. bei Banknoten Schweiß, Lösungsmittel usw., zudem sind sie gegen weitere Umgebungseinflüsse, z. B. UV-Licht und das Anregungslicht, schlecht geschützt, so daß die sogenannte Photodegradation auftreten kann. Beide diese Effekte führen dazu, daß mit den bekannten Luminophoren die erforderliche Stabilität kaum erreicht werden kann.
Insbesondere bei der Verwendung von organischen Luminophoren mit organischen Partikeln 4 wird eine chemische Verankerung der Luminophore im Polymer der Partikel bevorzugt, z. B. kovalent, reaktive Farbstoffe, die im Matrixpolymer verankert werden.
Ebenso kann es vorgesehen sein, die Luminophorschicht in eine die Lumiphorschicht aufnehmende Hüllschicht einzubetten, die ebenfalls im Material der Partikel 4 verankert werden kann. Die aufnehmende Hülle kann, z. B. Radikalfänger, UV-Absorber usw. zur Stabilisierung der Luminophore aufweisen.
An Stelle organischer Luminophore können auch anorganische Luminophore (Lumineszenzsysteme) verwendet werden. Auch diese können in einer Hüllschicht verankert werden. Besonders geeignet sind dafür nanoskalische Luminophore, da diese, insbesondere in einer brechungsindexangepaßten Hülle (d. h. Hülle mit gleichem Brechungsindex wie der Luminophor) keine Störung des Whispering Gallery Modes hervorrufen.
Man kann auch verschiedene Luminophore verwenden, um z. B. Energietransfers zwischen verschiedenen Systeme auszunützen. Die Luminophore können direkt miteinander wechselwirken (durch geringen Abstand) oder durch den Whispering Gallery Mode miteinander (indirekt) koppeln. Es ist auch möglich, daß die Luminophore in verschiedenen Schichten eingebettet werden.
Wie zuvor bereits erwähnt, kann es durch die evaneszente Welle zu Verlusten von Energie kommen. Dies kann neben der bereits erwähnten Einbettung der Partikel 4 in das Substrat 2 und die Benetzung z. B. mit Druckfarbe, auch dadurch verursacht werden, daß einzelne Partikel 4 einander sehr nahe kommen. Daraus kann geschlossen werden, daß die Benetzung der Oberfläche der Partikel 4 mit Material geeigneten Brechungsindexes dazu führt, daß mehr bzw. weniger Energie verloren geht. Daher kann eine optionale äußere Schicht mit hohem Brechungsindex aufgebracht werden, gegebenenfalls in Kombination, bevorzugt aber über die den Luminophor enthaltende Schicht. Alternativ dazu kann eine äußeren Schicht mit niederem Brechungsindex (z. B. poröse Schicht) verwendet werden, welche eine Nachbildung der Luftumgebung darstellt.
Es ist offensichtlich, daß abweichend von der bisherigen Beschreibung, eine Vielzahl von Änderungen und Variationen möglich sind.
Beispielsweise können die Partikel 4 auch in ein Substrat eines Sicherheitselements eingebracht sein, das in die Banknote eingebracht bzw. auf diese aufgebracht wird, z. B. ein Fensterfaden, ein Holo- bzw. Kinegramm usw.
Ebenso ist es möglich, statt oder zusätzlich zum oben beschriebenen Nachweis der Echtheit von Banknoten, die Art von Banknoten nachzuweisen. Dazu werden in unterschiedliche Banknoten, die sich z. B. hinsichtlich Währung und/oder Denomination unterscheiden können, Partikel 4 mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen usw. eingebracht. Werden die entsprechend codierten Banknoten zur Überprüfung beleuchtet, kann die jeweilige Art der Banknote anhand der auftretenden Emissionswellenlänge usw. bestimmt werden.

Claims

Sicherheitspapier und/oder Wertdokument mit einen optischen Effekt erzeugenden Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß die den optischen Effekt erzeugenden Materialien von lichtleitenden Partikeln (4) mit gekrümmter Oberfläche gebildet werden, auf deren Oberfläche ein Leuchtstoff aufgebracht ist, und daß die Partikel (4) in das Sicherheitspapier und/oder Wertdokument eingebracht sind.
Sicherheitspapier und/oder Wertdokument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel (4) eine sphärische Form bzw. eine Kugelform aufweisen.
Sicherheitspapier und/oder Wertdokument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff eine Schichtdicke aufweist, die zumindest der Größe einer bei Beleuchtung der Partikel (4) auftretenden evaneszenten Welle entspricht.
Sicherheitspapier und/oder Wertdokument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff ein Luminophor ist.
Sicherheitspapier und/oder Wertdokument nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff in einer auf der Oberfläche der Partikel (4) angeordneten Schicht enthalten ist, wobei die Schicht den Leuchtstoff vor Umgebungseinflüssen schützt.
Sicherheitspapier und/oder Wertdokument nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht mit hohem oder niedrigem Brechungsindex über dem Leuchtstoff angeordnet ist.
Sicherheitspapier und/oder Wertdokument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit hohem oder niedrigem Brechungsindex von der den Leuchtstoff enthaltenden Schicht gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitspapiers und/oder Wertdokuments, gekennzeichnet durch – Herstellung von Licht leitenden Partikeln (4) mit gekrümmter Oberfläche, – Aufbringung eines Leuchtstoffs auf die Oberfläche der Partikel (4), – Herstellung eines das Sicherheitspapier oder Wertdokument bildenden Substrats (2), und – Einbringung der Partikel (4) in das Substrat (2), während der Herstellung des Substrats (2).
Verfahren zur Prüfung eines Sicherheitspapiers und/oder Wertdokuments, bestehend aus einem Substrat (2), mit Licht leitenden Partikeln (4) mit gekrümmter Oberfläche, auf deren Oberfläche ein Leuchtstoff aufgebracht ist, bei dem – das die Partikel (4) enthaltende Substrat (2) beleuchtet wird, und – mindestens eine von den Partikeln (4) aufgrund der Beleuchtung erzeugte Emissionswellenlänge ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Echtheit des Sicherheitspapiers und/oder Wertdokuments ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Art des Sicherheitspapiers und/oder Wertdokuments ermittelt wird.