DE102006008247A1

DE102006008247A1 - Lasermarkierbares Sicherheitselement

Info

Publication number: DE102006008247A1
Application number: DE102006008247A
Authority: DE
Inventors: Peter Schiffmann; Lars Dr. Karcher
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-08-23
Also published as: EP1826728A3; EP1826728A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein lasermarkierbares Sicherheitselement zur Absicherung von Wertgegenständen. Erfindungsgemäß enthält das Sicherheitselement einen lasermarkierbaren Merkmalsstoff mit Kern-Hülle-Teilchen (20; 30), wobei eines der Materialien (24, 32) von Kern und Hülle die Strahlung eines Markierungslasers absorbiert und das andere der Materialien (22, 34) von Kern und Hülle die Strahlung des Markierungslasers nicht absorbiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein lasermarkierbares Sicherheitselement zur Absicherung von Wertgegenständen, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sicherheitselements sowie ein Sicherheitspapier und einen Datenträger mit einem solchen Sicherheitselement.

Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, oder auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des Datenträgers gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Derartige Sicherheitselemente können beispielsweise in Form eines in eine Banknote eingebetteten Sicherheitsfadens, eines Aufreißfadens für Produktverpackungen, eines aufgebrachten Sicherheitsstreifens oder eines selbsttragenden Transferelements ausgebildet sein, wie einem Patch oder einem Etikett, das nach seiner Herstellung auf ein Wertdokument aufgebracht wird.

Zur individuellen Markierung der Sicherheitselemente werden Laserbeschrifter beispielsweise auf Basis von CO₂-Lasern, Nd:YAG-Lasern oder UV-Lasern eingesetzt. Je nach der Wellenlänge des verwendeten Markierungslasers bestehen jedoch Einschränkungen bezüglich der einsetzbaren lasermarkierbaren Merkmalsstoffe. Beispielsweise sind die derzeit verwendeten Lumineszenzstoffe und viele IR-Absorber, die im Bereich unterhalb von 1000 nm oder oberhalb von 1300 nm absorbieren, mit Nd:YAG-Lasern markierbar.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein lasermarkierbares Sicherheitselement der eingangs genannten Art anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll für das Si cherheitselement eine große Palette von lasermarkierbaren Merkmalsstoffen und -stoffkomplexen für UV- und Nahinfrarotlaser zur Erzeugung von visuell und/oder maschinell erfassbaren UV- oder IR-Markierungen zur Verfügung gestellt werden.

Diese Aufgabe wird durch das lasermarkierbare Sicherheitselement mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Sicherheitselements, ein Sicherheitspapier sowie ein Datenträger mit einem solchen Sicherheitselement sind in den nebengeordneten Ansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung enthält ein gattungsgemäßes lasermarkierbares Sicherheitselement einen lasermarkierbaren Merkmalsstoff mit Kern-Hülle-Teilchen, wobei eines der Materialien von Kern und Hülle die Strahlung eines Markierungslasers absorbiert und das andere der Materialien von Kern und Hülle die Strahlung des Markierungslasers nicht absorbiert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Merkmalsstoff des Sicherheitselements durch Laserstrahlung im nahen Infrarot, insbesondere bei Wellenlängen von etwa 1,06 μm markierbar. Zur Markierung können dann mit Vorteil Nd:YAG-Laser oder verwandte Lasertypen, wie Nd:Glas- oder Nd:YVO₄-Laser eingesetzt werden. In einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung ist der Merkmalsstoff durch Laserstrahlung im ultravioletten Spektralbereich markierbar.

Bei einer ersten Erfindungsvariante bildet das nicht laserabsorbierende Material den Kern der Kern-Hülle-Teilchen. Die Markierbarkeit der Kern-Hülle-Teilchen wird bei dieser Variante durch ein laserabsorbierendes Hüllenmate rial erzeugt. Alternativ bildet das nicht laserabsorbierende Material die Hülle der Kern-Hülle-Teilchen. Bei dieser Erfindungsvariante verleiht das laserabsorbierende Kern-Material den Kern-Hülle-Teilchen die Lasermarkierbarkeit.

Das nicht laserabsorbierende Material der Kern-Hülle-Teilchen umfasst mit Vorteil einen oder mehrere Lumineszenzstoffe. Zweckmäßig sind die Kern-Hülle-Teilchen von einer organischen oder anorganischen Schutzhülle umgeben, um Stofftrennung bei der Lasermarkierung zu unterbinden.

Der Merkmalsstoff kann neben den Kern-Hülle-Teilchen zusätzlich einen oder mehrere nicht mit laserabsorbierendem Material beschichteten Lumineszenzstoff enthalten. Die beschichteten und nicht beschichteten Lumineszenzstoffe können je nach gewünschter Wirkung bei der gleichen Wellenlänge oder bei unterschiedlichen Wellenlängen anregbar sein.

Ebenfalls mit Vorteil kann das nicht laserabsorbierende Material einen oder mehrere Infrarotabsorber aufweisen. Für die Markierung mit einem Nd:YAG-Laser sind die Infrarotabsorber mit Vorteil auf Absorption im Wellenlängenbereich zwischen 800 nm und 1000 nm und/oder im Bereich von 1300 nm bis 1600 nm ausgelegt. Auch in dieser Variante sind die Kern-Hülle-Teilchen des Merkmalstoffs zweckmäßig von einer organischen oder anorganischen Schutzhülle umgeben, um Stofftrennung bei der Lasermarkierung zu unterbinden.

Nach einer weiteren Erfindungsvariante ist das nicht laserabsorbierende Material ein Buntpigment, wie etwa Yellow 13 oder Red 48. Durch Überzug mit einer laserablatierbaren Hülle entsteht ein bunter, lasermarkierbarer Merkmalsstoff.

In allen Gestaltungen kommen als laserabsorbierende Materialien je nach Wahl des Markierungslasers Lumineszenzstoffe, IR-Absorber, UV-Absorber oder Buntpigmente in Betracht.

Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zur Herstellung eines lasermarkierbaren Sicherheitselements, bei dem ein lasermarkierbarer Merkmalsstoff aus Kern-Hülle-Teilchen erzeugt wird, indem entweder ein laserabsorbierendes Material mit einem nicht laserabsorbierenden Material verkapselt wird, oder ein nicht laserabsorbierendes Material mit einem laserabsorbierenden Material verkapselt wird.

Ein Sicherheitspapier für die Herstellung von Sicherheits- oder Wertdokumenten, wie Banknoten, Schecks, Ausweiskarten, Urkunden oder dergleichen, ist vorzugsweise mit einem lasermarkierbaren Sicherheitselement der oben beschriebenen Art ausgestattet. Das Sicherheitspapier kann insbesondere ein Trägersubstrat aus Papier oder Kunststoff umfassen. Die Erfindung enthält weiter einen Datenträger, insbesondere einen Markenartikel, ein Wertdokument oder dergleichen, der mit einem Sicherheitselement der oben beschriebenen Art ausgestattet ist.

Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Zur besseren Anschaulichkeit wird in den Figuren auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Darstellung verzichtet.

Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement,
2 in (a) bis (c) Ausgestaltungen von Kern-Hülle-Teilchen nach Ausführungsbeispielen der Erfindung,
3 schematisch in (a) eine mit einem erfindungsgemäßen Merkmalsstoff bedruckte Fläche, und in (b) die Fläche nach der Lasermarkierung mit einem Nd:YAG-Laser, und
4 eine Kombination von gedruckten und gelaserten Kennzeichnungen.
Die Erfindung wird nun am Beispiel einer Banknote erläutert. 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10, die mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement 12 ausgestattet ist.
Für die Laserbeschriftung mit einem Nd:YAG-Laser enthält das Sicherheitselement 12 zumindest einen Nd:YAG-laserablatierbaren lumineszierenden Merkmalsstoff. Je nach gewünschter Anwendung kann die Lumineszenz des Merkmalsstoffs visuell sichtbar sein oder außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegen. Der Begriff Lumineszenz umfasst dabei sowohl Fluoreszenz als auch Phosphoreszenz.
In einer ersten, in 2(a) dargestellten Ausgestaltung der Erfindung enthält der Merkmalsstoff Kern-Hülle-Teilchen 20, deren Kern 22 durch einen Lumineszenzstoff mit dem gewünschten Lumineszenzverhalten gebildet ist. Da der Lumineszenzstoff 22 selbst nicht Nd:YAG-laserablatierbar ist, wird er mit einer Nd:YAG-laserablatierbaren Hülle 24 gekapselt. Dazu wird auf den Lumineszenzstoff beispielsweise ein in Lösung gebrachter Infrarotabsorber für 1064 nm aufgezogen und getrocknet. Alternativ kann der IR-Absorber auch mittels Plasmabeschichtung auf den Lumineszenzstoff aufgebracht sein.
Auch die umgekehrte Abfolge von Lumineszenzstoff und IR-Absorber ist möglich, wie in 2(b) gezeigt. Bei dem dort dargestellten Kern-Hülle-Teilchen 30 ist ein laserablatierbarer Kern 32, beispielsweise aus einem IR-Absorber für 1064 nm, mit einem selbst nicht laserablatierbaren Lumineszenzstoff 34 mit gewünschten Lumineszenzeigenschaften überzogen.
Die Kern-Hülle-Teilchen aus Lumineszenzstoff und IR-Absorber können zusätzlich eine oder mehrere Schutzhüllen 26 aufweisen, wie in 2(c) dargestellt, um Stofftrennung bei der Laserbeschriftung zu unterbinden. Die Schutzhüllen können anorganisch, beispielsweise aus SiO_x, oder organisch sein.
Um die Markierbarkeit mit Nd:YAG-Lasern zu gewährleisten, können als laserablatierbare Stoffe beispielsweise die Farbstoffe mit der Bezeichnung ADS990MC oder ADS1065A der American Dye Source eingesetzt werden. Der Farbstoff ADS990MC mit der Zusammensetzung C₃₂H₃₀N₂S₄Ni hat ein Absorptionsmaximum im nahen Infrarot bei 990 nm, der Farbstoff ADS1065A mit der Zusammensetzung C₆₂H₉₂N₆F₁₂Sb₂ hat in Methanol ein Absorptionsmaximum bei 1060 nm.
Geeignete Lumineszenzstoffe für die vielfältigen Anwendungen sind dem Fachmann bekannt. Lediglich beispielhaft seien die Lumineszenzstoffe LUMILUX^® CD 135 und CD 140 von Honeywell genannt. LUMILUX^® CD 135 mit der Zusammensetzung ZnS:Mn fluoresziert nach Anregung mit UV-Strahlung orange, LUMILUX^® CD 140 mit der Zusammensetzung ZnS:Cu weist nach Anregung mit UV-Strahlung eine gelblich grüne Phosphoreszenz auf. Beide Lumineszenzstoffe sind selbst nicht Nd:YAG-laserablatierbar, bilden aber in der erfindungsgemäßen Kombination mit einer laserablatierbaren Hülle oder einem laserablatierbaren Kern einen Nd:YAG-markierbaren Merkmalsstoff.
3 zeigt in (a) eine mit einem erfindungsgemäßen Merkmalsstoff bedruckte Fläche 42 für die Lasermarkierung mit einem Nd:YAG-Laser bei 1064 nm. Der Merkmalsstoff enthält im Ausführungsbeispiel einen bei 1500 nm lumineszierenden Lumineszenzstoff, der bei 1064 nm selbst nicht absorbiert, der jedoch in der oben beschriebenen Art mit einem IR-Absorber für 1064 nm verkapselt ist. Bei der Laserbeschriftung mit dem Nd:YAG-Markierungslaser wird der lumineszierende Merkmalsstoff bereichsweise in Form einer gewünschten Kennzeichnung ablatiert, wie durch das Bezugszeichen 44 in 3(b) angedeutet. Die eingeschriebene Kennzeichnung kann dann später im Lumineszenzlicht mit einem geeigneten Sensor für 1500 nm ausgelesen werden.
Die Erfindung ermöglicht auch die Kombination von gedruckten und gelaserten Kennzeichnungen, wie in 4 gezeigt. 4(a) zeigt eine aufgedruckte Kennzeichnung 52, bei der die Druckfarbe einen erfindungsgemäßen Merkmalsstoff enthält. Die gedruckte Kennzeichnung kann daher durch Beaufschlagung mit der Infrarotstrahlung eines Nd:YAG-Markierungslasers mit einer weiteren Kennzeichnung 54 versehen werden. Während die erste Kennzeichnung 52 in der Regel visuell erkennbar ist, kann die weitere Kennzeichnung 54 visuell oder auch nur maschinell mit einem geeigneten Sensor erkennbar sein. Es bietet sich insbesondere an, die gedruckte Kennzeichnung 52 als statischen Code zu verwenden, der für eine Vielzahl von Sicherheitselementen gleich ist, während die gelaserte Kennzeichnung 54 eine in dividuelle Codierung darstellt, die das jeweilige Sicherheitselement bzw. einen damit versehenen Wertgegenstand individuell kennzeichnet.
Es versteht sich, dass die erfindungsgemäßen Merkmalstoffe auch komplexer aufgebaut sein können als bisher zur Illustration beschrieben. Beispielsweise kann der Merkmalsstoff eine Mischung aus zwei oder mehreren, mit IR-Absorber beschichteten Lumineszenzstoffen enthalten, die bei derselben Wellenlänge angeregt werden. In den nicht ablatierten Bereichen zeigt sich in der Lumineszenz eine entsprechende Mischfarbe, die ablatierten Bereiche bleiben ohne Lumineszenz.
In anderen Ausgestaltungen werden nur bestimmte der mehreren Lumineszenzstoffe mit IR-Absorber verkapselt, während andere Lumineszenzstoffe des Merkmalsstoffs unbeschichtet bleiben und bei der Laserbeschriftung daher nicht ablatiert werden. Beispielsweise kann der Merkmalsstoff einen gelben und einen roten Lumineszenzstoff enthalten, die beide bei derselben Wellenlänge angeregt werden und von denen nur der gelbe Lumineszenzstoff mit IR-Absorber gekapselt ist. Durch Lasermarkierung wird somit nur der gelbe Lumineszenzstoff abgetragen, so dass der Aufdruck in den ablatierten Bereichen rot luminesziert, in den nicht ablatierten Bereichen dagegen in der Mischfarbe orange.
Es können auch kurz- und langwellig anregbare Lumineszenzstoffe kombiniert werden, wobei entweder nur der kurzwellig oder nur der langwellig anregbare Lumineszenzstoff mit IR-Absorber gekapselt wird. Je nach Anregungswellenlänge ist die eingeschriebene Kennzeichnung dann im Lumineszenzlicht erkennbar oder nicht.
Auch eine Kombination von fluoreszierenden und phosphorezierenden Lumineszenzstoffen kommt infrage, wobei entweder nur der fluoreszierende oder nur der phosphorezierende Stoff mit IR-Absorber gekapselt wird. Im ersteren Fall verschwindet die Kennzeichnung im Lumineszenzlicht kurz nach der Anregung, im zweiten Fall erscheint sie nach Abklingen der zunächst dominierenden Fluoreszenzstrahlung.
Anstelle des Lumineszenzstoffs kann als nicht ablatierbares Material auch ein zweiter IR-Absorber verwendet werden, der nicht bei der Wellenlänge des Markierungslasers absorbiert. Beispielsweise kann der erste IR-Absorber, wie oben beschrieben, für die Markierung mit einem Nd:YAG-Laser bei 1064 nm ausgelegt sein, während der zweite IR-Absorber im Spektralbereich zwischen 800 nm und 1000 nm absorbiert.
Mit einem Nd:YAG-Markierungslaser kann in den bedruckten Bereich dann eine Kennzeichnung, wie etwa eine Barcode-Markierung, eingeschrieben werden, die mithilfe gängiger IR-Sensoren für das nahe Infrarot ausgelesen werden kann. Der zweite IR-Absorber kann selbstverständlich auch für Absorption bei anderen Wellenlängen, beispielsweise bei etwa 1500 nm, ausgelegt werden.
Wie oben beschrieben, können die beiden IR-Absorber zusätzlich eine oder mehrere Schutzhüllen aufweisen, um Stofftrennung bei der Laserbeschriftung zu unterbinden. Die Schutzhüllen können anorganisch, beispielsweise aus SiO_x, oder organisch sein.
Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit besteht in der Verwendung einzelner oder mehrere Buntpigmente, wie etwa Yellow 13 oder Red 48, als nicht ablatierbares Material. Die Buntpigmente werden mit einem Laserfarbstoff über zogen oder beschichtet, um einen laserablatierbaren Merkmalsstoff zu bilden. Auch diese Kern-Hülle-Teilchen können mit einer organischen oder anorganischen Schutzhülle versehen werden.
Soll als Beschriftungslaser ein UV-Laser eingesetzt werden, wird als laserabsorbierendes Material ein auf die Wellenlänge des Lasers abgestimmter UV-Absorber eingesetzt. Der UV-Absorber kann auch ein Lumineszenzstoff sein. Als nicht laserabsorbierbare Materialien kommen dabei verschiedene Lumineszenzstoffe, IR-Absorber oder Buntpigmente in Betracht.

Claims

Lasermarkierbares Sicherheitselement zur Absicherung von Wertgegenständen, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement einen lasermarkierbaren Merkmalsstoff mit Kern-Hülle-Teilchen enthält, wobei eines der Materialien von Kern und Hülle die Strahlung eines Markierungslaser absorbiert und das andere der Materialien von Kern und Hülle die Strahlung des Markierungslasers nicht absorbiert.
Lasermarkierbares Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsstoff durch Laserstrahlung im nahen Infrarot, insbesondere bei Wellenlängen von etwa 1,06 μm, markierbar ist.
Lasermarkierbares Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsstoff durch Laserstrahlung im ultravioletten Spektralbereich markierbar ist.
Lasermarkierbares Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht laserabsorbierende Material den Kern der Kern-Hülle-Teilchen bildet.
Lasermarkierbares Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht laserabsorbierende Material die Hülle der Kern-Hülle-Teilchen bildet.
Lasermarkierbares Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht laserabsorbierende Material einen oder mehrere Lumineszenzstoffe umfasst.
Lasermarkierbares Sicherheitselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kern-Hülle-Teilchen des Merkmalstoffs von einer organischen oder anorganischen Schutzhülle umgeben sind, um Stofftrennung bei der Lasermarkierung zu unterbinden.
Lasermarkierbares Sicherheitselement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsstoff zusätzlich zumindest einen nicht mit laserabsorbierendem Material beschichteten Lumineszenzstoff enthält.
Lasermarkierbares Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht laserabsorbierende Material einen oder mehrere Infrarotabsorber aufweist.
Lasermarkierbares Sicherheitselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotabsorber auf Absorption im Wellenlängenbereich zwischen 800 nm und 1000 nm und/oder im Bereich von 1300 nm bis 1600 nm ausgelegt sind.
Lasermarkierbares Sicherheitselement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kern-Hülle-Teilchen des Merkmalstoffs von einer organischen oder anorganischen Schutzhülle umgeben sind, um Stofftrennung bei der Lasermarkierung zu unterbinden.
Lasermarkierbares Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht laserabsorbierende Material ein Buntpigment ist.
Lasermarkierbares Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das laserabsorbierende Ma terial ein Lumineszenzstoff, ein IR-Absorber, ein UV-Absorber oder ein Buntpigment ist.
Verfahren zur Herstellung eines lasermarkierbaren Sicherheitselements zur Absicherung von Wertgegenständen, bei dem ein lasermarkierbarer Merkmalsstoff aus Kern-Hülle-Teilchen erzeugt wird, indem entweder ein laserabsorbierendes Material mit einem nicht laserabsorbierenden Material verkapselt wird, oder ein nicht laserabsorbierendes Material mit einem laserabsorbierenden Material verkapselt wird.
Sicherheitspapier für die Herstellung von Sicherheits- oder Wertdokumenten, wie Banknoten, Schecks, Ausweiskarten, Urkunden oder dergleichen, das mit einem Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgestattet ist.
Datenträger, insbesondere Markenartikel, Wertdokument oder dergleichen, der mit einem Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgestattet ist.