DE102007037981A1 - Colored security document customization - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung (41) zur farbigen Individualisierung von Sicherheitsdokumenten (42) sowie Sicherheitsdokumente (42) mit einem Dokumentenkörper (43) zur farbigen Individualisierung. Bei einem solchen Dokumentenkörper (43) sind im Innern Ausgangsstoffe vorgehalten, die mittels eines lokalisierten Energieeintrags gezielt zur Ausbildung von Nanoteilchen (21; 49) unterschiedlicher Gestalt und/oder unterschiedlicher lokaler Konzentration anregbar sind, wobei ein Farbeindruck der Nanoteilchen von ihrer Gestalt und/oder ihrer Konzentration abhängig ist. Zur Individualisierung eines Sicherheitsdokuments (42) mit solch einem Dokumentenkörper (43) wird gezielt Energie an einer Stelle lokal eingebracht, an der ein farbiger Farbeindruck in dem Dokumentenkörper (43) herbeigeführt werden soll, um eine individualisierende Information über den herbeigeführten Farbeindruck zu speichern. Die Vorrichtung (41) zur Individualisierung umfasst eine Energiequelle, mittels der gezielt Energie in den Dokumentenkörper (43) gesteuert eingebracht werden kann.The invention relates to a method and a device (41) for colored individualization of security documents (42) as well as security documents (42) with a document body (43) for colored individualization. In such a document body (43), starting materials are stored in the interior, which can be excited by means of a localized energy input specifically for the formation of nanoparticles (21; 49) of different shape and / or different local concentration, wherein a color impression of the nanoparticles of their shape and / or dependent on their concentration. To individualize a security document (42) with such a document body (43), energy is deliberately introduced locally at a location at which a colored color impression is to be brought about in the document body (43) in order to store an individualizing information about the color impression produced. The device (41) for individualization comprises an energy source by means of which energy can be introduced in a controlled manner into the document body (43).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur farbigen Individualisierung von Sicherheitsdokumenten, die einen Dokumentenkörper umfassen, sowie Sicherheitsdokumente zur farbigen Individualisierung mit einem Dokumentenkörper und ein Verfahren zu deren Herstellung.The The invention relates to a method and a device for colored Individualization of security documents that comprise a document body, as well as security documents for colored individualization with a Document body and a method of making the same.
Sicherheitsdokumente sind Dokumente, die gegen eine Nachahmung, Verfälschung und/oder ein Duplizieren mit Hilfe von Sicherheitselementen geschützt sind. Sicherheitsdokumente umfassen somit beispielsweise Personalausweise, Reisepässe, ID-Karten, Zugangskontrollausweise, Steuerzeichen, Tickets, Führerscheine, Kraftfahrzeugpapiere, Banknoten, Schecks, Postwertzeichen, Kreditkarten, beliebige Chipkarten und Haftetiketten (z. B. zur Produktsicherung). Solche Sicherheitsdokumente, die teilweise auch als Wertdokumente bezeichnet werden, weisen typischerweise ein Substrat, eine Druckschicht und optional eine transparente Deckschicht auf. Ein Substrat ist eine Trägerstruktur, auf welche die Druckschicht mit Informationen, Bildern, Mustern und dergleichen aufgebracht wird. Als Materialien für ein Substrat kommen alle fachüblichen Werkstoffe auf Papier- und/oder Kunststoffbasis in Frage.security documents are documents that are against imitation, adulteration and / or a duplication protected by means of security elements are. Security documents thus include, for example, identity cards, Passports, ID cards, access control cards, tax stamps, tickets, Driving licenses, motor vehicle papers, banknotes, checks, Postage stamps, credit cards, any chip cards and self-adhesive labels (eg for product protection). Such security documents, some Also referred to as value documents, typically a substrate, a print layer and optionally a transparent cover layer. A substrate is a support structure onto which the print layer applied with information, pictures, patterns and the like becomes. As materials for a substrate are all customary Materials on paper and / or plastic basis in question.
Viele moderne Sicherheitsdokumente umfassen einen Dokumentenkörper, der mindestens eine, vorzugsweise mehrere, am bevorzugtesten ausschließlich mehrere, aus Kunststoffen bestehende miteinander verbundene Schichten umfasst. Dieser Dokumentenkörper weist ein oder mehrere Sicherheitselemente auf. Eine Art von Sicherheitselementen stellen in einen solchen Kartenkörper eingebrachte individualisierende Informationen dar, die beispielsweise eine Seriennummer, eine Ausweisnummer, personenbezogene Daten, zum Beispiel Name und/oder Geburtsdatum, biometrische Daten, zum Beispiel Bilder (Passbilder), Größe und/oder Augenfarbe, usw. umfassen können.Lots modern security documents comprise a document body, the at least one, preferably more, most preferably exclusively several interconnected layers of plastic includes. This document body has one or more Security elements. To put some kind of security elements in such a card body introduced individualizing Information, such as a serial number, a badge number, personal data, such as name and / or date of birth, biometric data, for example pictures (passport pictures), size and / or eye color, etc.
Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, solche individualisierenden
Angaben im Inneren des aus Kunststoffmaterialien bestehenden Dokumentenkörpers
einzubringen. Hierzu wird über einen Laser Energie in das
Kunststoffmaterial eingebracht und hierüber eine Pyrolyse
bewirkt, die zu einer Carbonisierung und somit Schwärzung
an den Orten führt, an denen Energie in die Kunststoffe
eingebracht wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der
Aus
dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, in Kartenkörper
farbige Individualisierungen einzubringen. Aus der
In
der
Aus
der
Der Erfindung liegt somit das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie einen Dokumentenkörper eines Sicherheitsdokuments sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, mit denen es möglich ist, eine farbige Individualisierung, vorzugsweise nach einer Herstellung des Dokumentenkörpers selbst, auf einfache Weise auszuführen.The invention is thus the technical Pro It is the object of the invention to provide a method and a device as well as a document body of a security document and a method for its production, with which it is possible to carry out a colored individualization, preferably after a production of the document body itself, in a simple manner.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Sicherheitsdokument mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 22 gelöst. Vorteilhaft Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The Problem is inventively by a method with the features of claim 1, a security document with the features of claim 11 and a device with the features of claim 22 solved. Advantageous Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Hierfür ist vorgesehen, Nanoteilchen zu verwenden, deren Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung, d. h. auch mit Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, von quantenmechanischen Effekten abhängt, die durch deren Gestalt und/oder eine lokale Konzentration der Nanoteilchen beeinflusst sind. Hierfür wird ein Verfahren zur farbigen Individualisierung von Sicherheitsdokumenten, die einen Dokumentenkörper umfassen, in dem Ausgangsstoffe vorgehalten sind, die durch einen lokalisierten gezielten Energieeintrag lokal zu einer Schaffung oder Veränderung von Nanoteilchen, die einen Farbeindruck erzeugen, angeregt werden, wobei eine Gestalt und/oder eine Konzentration der Nanoteilchen lokal in dem Dokumentenkörper von dem Energieeintrag abhängig ist und wobei der Farbeindruck der Nanoteilchen von ihrer Gestalt und/oder lokalen Konzentration abhängig ist, vorgeschlagen, bei dem lokal gezielt Energie an einer Stelle eingebracht wird, an der ein farbiger Farbeindruck in dem Dokumentenkörper herbeigeführt werden soll, um eine individualisierende Information über den herbeigeführten Farbeindruck zu speichern. Es wird somit ein Sicherheitsdokument, welches einen farbig personalisierbaren Dokumentenkörper umfasst, geschaffen, bei dem im Innern des Dokumentenkörpers Ausgangsstoffe vorgehalten sind, die mittels eines lokalisierten Energieeintrags gezielt zur Ausbildung von Nanoteilchen unterschiedlicher Gestalt und/oder unterschiedlicher Konzentration anregbar sind, wobei die Gestalt und/oder Konzentration abhängig von dem Energieeintrag ist und wobei ein Farbeindruck der Nanoteilchen von ihrer Gestalt und/oder ihrer Konzentration abhängig ist. Eine Vorrichtung zum Individualisieren eines genannten Sicherheitsdokuments mit einem Sicherheitsdokumentenkörper umfasst eine Dokumentenkörperaufnahme zum Aufnehmen des Dokumentenkörpers, eine Energiequelle zum lokalisierten Einbringen des Energieeintrags in den Dokumentenkörper, um den Farbeindruck gezielt so zu verändern, dass eine individualisierende Information in dem Dokumentenkörper durch den bewirkten Farbeindruck gespeichert wird. Ein Sicherheitsdokument mit einem farbig personalisierbaren Dokumentenkörper wird geschaffen, indem die Ausgangsstoffe bei einer Herstellung des Dokumentenkörpers in diesen mit eingearbeitet werden.Therefor is intended to use nanoparticles whose interaction with electromagnetic radiation, d. H. also with light in the visible wavelength range, depends on quantum mechanical effects, which by their Shape and / or a local concentration of nanoparticles influenced are. For this purpose, a method for colored individualization security documents that comprise a document body, are kept in the starting materials by a localized targeted energy input locally to a creation or change of nanoparticles that produce a color impression, are excited wherein a shape and / or a concentration of the nanoparticles locally in the document body depending on the energy input is and wherein the color impression of the nanoparticles of their shape and / or local concentration, proposed, in which locally targeted energy is introduced at one point, at the a colored color impression in the document body be brought about to an individualizing Information about the induced color impression save. It is thus a security document, which a colored personalizable document body includes, created at which held in the interior of the document body starting materials are targeted by means of a localized energy input Formation of nanoparticles of different shape and / or different Concentration are excitable, the shape and / or concentration is dependent on the energy input and wherein a color impression of Nanoparticles depending on their shape and / or their concentration is. A device for customizing a said security document with a security document body comprises a document body holder for receiving the document body, an energy source for localized introduction of the energy input into the document body, to change the color impression specifically so that a individualizing information in the document body is stored by the effected color impression. A security document with a color-customizable document body created by the starting materials in a production of the document body in to be incorporated with this.
Bei einem aus mehreren Schichten mittels Lamination hergestellten Dokumentenkörpern können die Ausgangsstoffe, beispielsweise drucktechnisch vor dem Laminieren zwischen zwei Schichten eingebracht werden.at a document body made of several layers by means of lamination can the starting materials, for example by printing be introduced between two layers before lamination.
Unter der Gestalt der Nanoteilchen werden zum einen deren Größe und zum anderen deren geometrische Form verstanden. Nanoteilchen aus Halbleitermaterialien, die im Festkörpermaterial (Bulk) eine Bandlücke von bevorzugt kleiner 2 Elektronenvolt aufweisen, zeigen häufig einen so genannten Größenquantisierungseffekt, wenn eine Teilchengröße zu immer kleineren Nanoteilchen im Bereich einiger Nanometer oder darunter variiert wird. Je kleiner das Nanoteilchen dieses Halbleiters wird, desto größer wird die Bandlücke. Somit ist die Bandlückenenergie abhängig von der Größe, d. h. der Gestalt, der Nanoteilchen. Mit der Bandlückenenergie ist wiederum das Absorptionsverhalten elektromagnetischer Strahlung verknüpft. Somit ändert sich mit einer Änderung der Bandlückenenergie auch eine Farbe des Nanoteilchens, d. h. der Farbeindruck, den man beim Betrachten des Nanoteilchens erhält. Bei bestimmten Arten von Nanoteilchen wird der Farbeindruck, d. h. ihr Absorptionsverhalten, hauptsächlich durch ihre Oberflächengestalt beeinflusst. In den Teilchen werden so genannte Oberflächenplasmonen angeregt. Diese sind entscheidend von einer Form der Nanoteilchen abhängig. Ohne eine Änderung des Volumens, einzig durch eine Änderung der Form des Nanoteilchens, beispielsweise eines Aspektverhältnisses bei einem stäbchenförmigen Nanoteilchen, gebildet aus Längsausdehnung zu Querdehnung, kann dessen Absorptionsverhalten wellenlängenabhängig verändert werden. Mit Farbeindruck ist somit in erster Linie ein Absorptionsverhalten des Nanoteilchens gemeint. Darüber hinaus ergibt es sich für den Fachmann, dass der Farbeindruck auch selbstverständlich von der Anzahl der in einem Volumen bzw. auf einer Fläche vorhandenen Nanoteilchen abhängt, da die Anzahl der Teilchen die Gesamtabsorption in dem Volumen oder auf der Fläche beeinflusst. Hierdurch ändert sich jedoch der Verlauf des Absorptionsspektrums nicht, sondern lediglich die Absorptionseffizienz. Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung von einer Änderung des Farbeindrucks gesprochen wird, so ist eine solche aufgrund einer gesteigerten/verringerten absoluten Absorption nicht gemeint.Under The shape of the nanoparticles becomes their size and secondly understood their geometric shape. nanoparticles from semiconductor materials contained in the solid state material (bulk) have a bandgap of preferably less than 2 electron volts, often show a so-called size quantization effect, when a particle size becomes smaller and smaller nanoparticles varies in the range of a few nanometers or below. The smaller The nanoparticle of this semiconductor becomes larger becomes the bandgap. Thus, the bandgap energy is depending on the size, d. H. the figure, the nanoparticles. With the bandgap energy is turn the absorption behavior of electromagnetic radiation linked. Thus changes with a change in bandgap energy also a color of the nanoparticle, d. H. the color impression you get upon viewing the nanoparticle. For certain Types of nanoparticles will be the color impression, i. H. their absorption behavior, mainly influenced by their surface shape. The particles become so-called surface plasmons stimulated. These are crucial to a form of nanoparticles dependent. Without a change in volume, only by changing the shape of the nanoparticle, for example an aspect ratio in a rod-shaped Nanoparticles, formed from longitudinal expansion to transverse strain, its absorption behavior can be wavelength-dependent to be changed. With color impression is thus first Line meant an absorption behavior of the nanoparticle. About that In addition, it will be apparent to those skilled in the art that the color impression also of course the number of in one volume or nanoparticles present on a surface, because the number of particles is the total absorption in the volume or influenced on the surface. This changes However, the course of the absorption spectrum not, but only the Absorption efficiency. When in connection with the invention of is spoken of a change in the color impression is so such due to an increased / decreased absolute absorption not meant.
Hiervon zu unterscheiden ist eine Änderung des Farbeindrucks der Nanoteilchen aufgrund ihrer lokalen Konzentration. Bei Nanoteilchen, bei denen das Absorptionsverhalten im sichtbaren Spektralbereich hauptsächlich durch eine Anregung von Oberflächenplasmonen bestimmt ist, tritt ein weiterer konzentrationsabhängiger Effekt hinzu, der eine Wellenlängenabhängigkeit der Absorption und somit eine Farbe der Nanoteilchen verändert. Hierbei spielen quantenmechanische Effekte eine Rolle, die darauf beruhen, dass die Nanoteilchen sich gegenseitig beeinflussen und sich, ohne eine chemische Bindung auszubilden, die quantenmechanischen Zustandsfunktionen des elektronischen Systems der einzelnen Nanoteilchen so verändern, dass deren Absorptionsspektren und hierüber ihre Farbe verändert wird. Bei diesen Nanoteilchen führt somit die Konzentration nicht zu einem intensiveren Farbeindruck, sondern zu einer anderen Farbe verschobenen Farbeindruck. Dieser Effekt wird hier als Nonoteilchen-Konzentrationsquantisierungseffekt bezeichnet.This is to be distinguished from a change in the color impression of the nanoparticles due to their local concentration. For nanoparticles, where the absorption behavior in the visible spectral range mainly by an excitation of upper Plasmon plasmids is determined, another concentration-dependent effect is added, which changes a wavelength dependence of the absorption and thus a color of the nanoparticles. Quantum-mechanical effects, which are based on the fact that the nanoparticles influence each other and, without forming a chemical bond, change the quantum-mechanical state functions of the electronic system of the individual nanoparticles in such a way that their absorption spectra and hereby their color is changed. For these nanoparticles, the concentration does not lead to a more intense color impression, but to a different color shifted color impression. This effect is referred to herein as a non-particle concentration quantization effect.
Über einem gezielten lokalen Energieeintrag in den Dokumentenkörper lässt sich somit eine Ausbildung von Nanoteilchen, d. h. eine Schaffung oder Veränderung von Nanoteilchen gezielt bewirken und hierüber gezielt nahezu jede Farbe des optischen Spektralbereichs lokalisiert einstellen. Hierüber ist somit eine einfache farbige Individualisierung von Sicherheitsdokumenten möglich.about a targeted local energy input into the document body Thus, an education of nanoparticles, d. H. targeted creation or modification of nanoparticles cause and deliberately almost any color of the optical spectral range set locally. This is a simple one Colored individualization of security documents possible.
Wichtig hervorzuheben ist, dass die meisten vorgeschlagenen Systeme die eingebrachte Energie nicht, in der Regel auch nicht als Aktivierungsenergie, benötigen, um eine Bildung von Nanoteilchen zu beginnen oder auszuführen, die eine Veränderung des Farbeindrucks bewirken. Vielmehr sind die Ausgangsstoffe so in den Dokumentenkörper eingebracht, dass dieser bei normalen Umgebungstemperaturen die Systeme daran hindert, solche einen Farbeindruck erzeugende Nanoteilchen zu bilden. Kleinste Nanoteilchen, die nicht durch eine Einbettung in eine Matrix, eine chemische Lösung oder Ähnliches stabilisiert werden, neigen beispielsweise dazu, zu größeren Nanoteilchen zusammenzuwachsen. Hierdurch wird insgesamt eine Oberflächenenergie der beteiligten Nanoteilchen reduziert. Solch ein Prozess wird durch die Einbettung in den Dokumentenkörper bei Umgebungstemperatur unterbunden und läuft nur dort ab, wo der Dokumentenkörper über den Energieeintrag lokal erwärmt wird.Important It should be stressed that most proposed systems not introduced energy, usually not as activation energy, need to begin to form nanoparticles or perform a change in the color impression cause. Rather, the starting materials are in the document body introduced that this at normal ambient temperatures the Prevents such color-producing nanoparticles to build. Smallest nanoparticles not by embedding into a matrix, a chemical solution or similar stabilized, for example, tend to larger Nanoparticles grow together. This will total a surface energy the participating nanoparticles reduced. Such a process is going through the embedding in the document body at ambient temperature prevented and runs only from where the document body over the energy input is heated locally.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Energie mittels eines oder mehrerer Laser eingebracht. Laser bieten den Vorteil, dass ihr Licht gut fokussierbar ist und so Energie in dem Fokus gezielt lokalisiert zugeführt werden kann. Bei einer geeigneten Wahl der Laserwellenlänge ist es abhängig von dem Material, aus dem der Dokumentenkörper gefertigt ist, möglich, im Innern des Dokumentenkörpers eine farbige Individualisierung vorzunehmen und nicht nur an einer Oberfläche. Ferner bietet der Energieeintrag mittels einer oder mehrerer Laser den Vorteil, dass die Laserintensität und/oder die Laserfrequenz moduliert werden können, um den Energieeintrag und hierüber den Bildungsprozess der einen gewünschten Farbeindruck hervorrufenden Nanoteilchen zu steuern.at In a preferred embodiment, the energy is by means of one or more lasers introduced. Lasers offer the advantage that their light is well focused and so energy in the focus can be supplied specifically localized. With a suitable choice the laser wavelength depends on the material, from which the document body is made possible, Inside the document body, a colorful individualization and not just on a surface. Further offers the energy input by means of one or more lasers has the advantage that modulates the laser intensity and / or the laser frequency can be to the energy input and over here the educational process of a desired color impression to control inducing nanoparticles.
Die Ausgangsstoffe umfassen bei einer bevorzugten Ausführungsform Nanoteilchen, deren Banklückenenergie aufgrund des Größenquantisierungseffekts größer als die Photonenenergie sichtbaren Lichts ist. Diese Nanoteilchen der Ausgangsstoffe können durch einen gezielten Energieeintrag in den Dokumentenkörper dazu veranlasst werden, dass diese zu größeren Nanoteilchen zusammenwachsen und so aufgrund des Größenquantisierungseffekts ihr Absorptionsspektrum und somit ihre Farbe und den Farbeindruck verändern.The Starting materials comprise in a preferred embodiment Nanoparticles whose banklap energy due to the size quantization effect greater than the photon energy of visible light is. These nanoparticles of the starting materials can through a targeted energy input into the document body to make them larger Nanoparticles grow together and so due to the size quantization effect their absorption spectrum and thus their color and the color impression change.
Bevorzugt sind somit bei einer Ausführungsform die Ausgangsstoffe in eine Matrix eingebunden. Diese ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass die Bestandteile der Ausgangsstoffe sich in der Matrix nur bewegen können, wenn in die Matrix Energie eingetragen wird und diese dadurch erwärmt wird.Prefers Thus, in one embodiment, the starting materials embedded in a matrix. This is preferably designed such that the constituents of the starting materials only move in the matrix can, if energy is entered into the matrix and this is heated by it.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Matrix aus einem Polycarbonat, insbesondere Eisphenol-A-Polycarbonat besteht. Polycarbonate eignen sich insbesondere deshalb, weil sie im sichtbaren Wellenlängenbereich für elektromagnetische Strahlung transparent sind. Dennoch können mittels eines Lasers so hohe Strahlungsenergiedichten erzeugt werden, dass das Polycarbonatmaterial lokal gezielt erwärmt werden kann.at a particularly preferred embodiment is provided that the matrix of a polycarbonate, in particular bisphenol A polycarbonate consists. Polycarbonates are particularly suitable because they in the visible wavelength range for electromagnetic Radiation are transparent. Nevertheless, by means of a Lasers are generated so high radiation energy densities that the Polycarbonate material can be heated locally targeted.
Um jedoch eine Absorption des Laserlichts zu verbessern, ist bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Ausgangsstoffe Aktivatormaterial enthalten, das eine gute Laserabsorption aufweist. Das Aktivatormaterial kann in Konzentrationen eingebracht werden, die einen Transparenzeindruck des Dokumentenkörpers nicht nachteilig beeinflussen und dennoch eine lokal gezielte Absorption von Laserlicht deutlich steigern. Eine Laserwellenlänge kann angepasst werden, um eine gute Absorption in einem Aktivatormaterial zu erzielen.Around however, to improve absorption of the laser light is at Embodiment of the invention provided that the starting materials Activator material containing a good laser absorption. The activator material can be introduced in concentrations the one transparency impression of the document body not adversely affect and yet a locally targeted absorption of Increase laser light significantly. A laser wavelength can be adapted to a good absorption in an activator material to achieve.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aktivatormaterial Zinkoxid ZnO umfasst. Es können jedoch auch andere Substanzen als Aktivatormaterial verwendet werden, beispielsweise Ruß oder Iriodin®.In a preferred development of the invention, it is provided that the activator material comprises zinc oxide ZnO. However, it can be used as activator, other substances, such as carbon black or Iriodin ®.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausgangsstoffe zusätzlich oder alternativ Precursor zur Bildung von Nanoteilchen, deren Absorptionsverhalten von ihrer Gestalt und/oder ihrer lokalen Konzentration abhängig ist, umfassen. Dies bedeutet, dass ihr Farbeindruck von ihrer Gestalt und/oder ihrer lokalen Konzentration abhängig ist. Als Precursor sind in den Ausgangsstoffen somit solche Substanzen vorhanden, die durch eine chemische Reaktion bei Energieeintrag in den Dokumentenkörper Nanoteilchen ausbilden und/oder ein Wachstum bereits vorhandener kleinster Nanoteilchen bewirken. Über eine gezielte Steuerung der zugeführten Energie kann bei einer solchen Ausführungsform sowohl eine Anzahl der geschaffenen Nanoteilchen als auch deren Größe gezielt beeinflusst werden. Erfolgt ein hoher Energieeintrag in kurzer Zeit, so dass eine Erwärmung auf eine hohe Temperatur, beispielsweise 180°C, lokal in dem Material bewirkt wird, so wird eine Bildung einer großen Anzahl von Kristallisationskeimen angeregt. Wird hingegen eine Energiezufuhr so gewählt, dass sich lokal eine geringere Temperatur, beispielsweise von 120°C, ergibt, so findet nur eine geringe Bildung neuer Kristallisationskeime statt, jedoch schreitet ein Größenwachstum der bereits existierenden Nanoteilchen bei dieser geringen Temperatur fort.In another embodiment of the invention, it is provided that the starting materials additionally or alternatively comprise precursors for the formation of nanoparticles whose absorption behavior is dependent on their shape and / or their local concentration. This means that their color impression depends on their shape and / or their local concentration. As precursor, therefore, such substances are present in the starting materials, which form nanoparticles by a chemical reaction with energy input into the document body and / or cause growth of already existing smallest nanoparticles. By means of a targeted control of the energy supplied, in such an embodiment both a number of the nanoparticles created and their size can be specifically influenced. If a high energy input in a short time, so that heating to a high temperature, for example 180 ° C, is effected locally in the material, so a formation of a large number of nuclei is stimulated. If, on the other hand, an energy supply is chosen such that locally a lower temperature, for example of 120 ° C., results, then only a small formation of new crystallization nuclei takes place, but a size growth of the already existing nanoparticles proceeds at this low temperature.
Über eine gezielte Energiezufuhr kann somit die lokale Temperatur zeitlich variiert werden und hierüber eine Prozesssteuerung erreicht werden, so dass ein optimaler gewünschter Farbeindruck, d. h. eine gewünschte Farbe, eingestellt werden kann. Als besonders geeignete Substanz haben sich II-VI-Halbleiternanoteilchen herausgestellt. Es sind jedoch auch andere geeignete Systeme oder Substanzen, beispielsweise Kadmiumphosphid Cd3P2 usw. bekannt. Im Prinzip können sämtliche Substanzen verwendet werden, die ein gestaltabhängiges Absorptionsverhalten im sichtbaren Wellenlängenbereich, insbesondere ein größen-, form- und/oder konzentrationsabhängiges Absorptionsverhalten zeigen (wobei hier erneut eine Änderung des Absorptionsspektrums (dessen wellenlängenabhängiger Verlauf) in Abhängigkeit von der Konzentration gemeint ist).The local temperature can thus be varied over time by means of a targeted energy supply and a process control can be achieved by way of this, so that an optimum desired color impression, ie a desired color, can be set. As a particularly suitable substance, II-VI semiconductor nanoparticles have been found. However, other suitable systems or substances, for example cadmium phosphide Cd 3 P 2 , etc. are also known. In principle, all substances can be used which show a shape-dependent absorption behavior in the visible wavelength range, in particular a size, shape and / or concentration-dependent absorption behavior (again meaning a change in the absorption spectrum (whose wavelength-dependent profile) as a function of the concentration). ,
Die als besonders geeignet festgestellten II-VI-Halbleiternanoteilchen weisen in der Regel einen großen Größenquantisierungseffekt auf. Zu den bevorzugten Materialien gehören beispielsweise Cadmium- oder Quecksilbersulfid, Cadmium- oder Quecksilberselenid, Cadmium- oder Quecksilbertellurid sowie ternäre oder quaternäre Verbindungen der vorgenannten Elemente. Um eine Bildung dieser Nanoteilchen zu bewirken oder ein Größenwachstum bereits vorhandener Nanoteilchen zu unterstützen oder anzuregen, können die Ausgangsstoffe beispielsweise Cadmiumacetat und/oder Quecksilberacetat und Thioacetamid umfassen, aus denen sich bei Energieeintrag Kadmiumsulfid bzw. Quecksilbersulfid bildet.The particularly suitable II-VI semiconductor nanoparticles typically have a large size quantization effect on. The preferred materials include, for example, cadmium or mercury sulphide, cadmium or mercury selenide, cadmium or mercury telluride, as well as ternary or quaternary Compounds of the aforementioned elements. To a formation of these nanoparticles effect or size growth of already existing nanoparticles to support or stimulate, the starting materials for example, cadmium acetate and / or mercuric acetate and thioacetamide include, from which, when energy input cadmium sulfide or mercury sulfide forms.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ausgangsstoffe formquantisierbare Nanoteilchen, die abhängig von dem Energieeintrag ihre Form ändern, wobei deren Farbeindruck von der Form abhängig ist. Formquantisierbare Nanoteilchen können beispielsweise aus Gold und/oder Silber und/oder Legierungen hiervon bestehen. Die Ausgangsstoffe können beispielsweise stäbchenförmige Nanoteilchen aus Gold umfassen. Durch Energieeintrag können diese Nanoteilchen angeregt werden, sich in Richtung auf eine sphärische Form umzuwandeln. Hierbei ändert sich das Absorptionsspektrum, welches hauptsächlich durch Oberflächenplasmonanregungen dominiert ist.at a further embodiment comprises the starting materials form-quantisable nanoparticles, which depend on the energy input change their shape, whereby their color impression of the form is dependent. Form-quantisable nanoparticles can for example, from gold and / or silver and / or alloys thereof consist. The starting materials may, for example, rod-shaped nanoparticles made of gold. By energy input, these nanoparticles be stimulated, moving towards a spherical shape convert. This changes the absorption spectrum, which mainly by surface plasmon excitations is dominated.
Einen konzentrationsabhängigen Farbeindruck weisen insbesondere Nanoteilchen aus Gold- und Silberlegierungen auf. Deren Absorptionsverhalten ist von einem mittleren Abstand zu einem benachbarten Nanoteilchen abhängig. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen Ausgangsstoffe Precursor von Substanzen, die kolloidale Nanoteilchen ausbilden, deren Farbeindruck von einer lokalen Konzentration der kolloidalen Nanoteilchen abhängig ist. Beispielsweise können die Ausgangsstoffe Zinkoxid (ZnO) und Gold- oder Silbersalze enthalten. Bei Lasereinstrahlung wirkt das ZnO als Elektronenlieferant, um Gold oder Silber zu reduzieren. Hierüber kann ein Wachstum von Nano-Kolloiden aus Gold und/oder Silber angeregt werden.a In particular, concentration-dependent color impression Nanoparticles of gold and silver alloys. Their absorption behavior is of a mean distance to an adjacent nanoparticle dependent. In a preferred embodiment of the invention include precursors precursors of substances, Form the colloidal nanoparticles whose color impression of a dependent on local concentration of colloidal nanoparticles is. For example, the starting materials zinc oxide (ZnO) and gold or silver salts. With laser irradiation The ZnO acts as an electron supplier to reduce gold or silver. This can be a growth of nano-colloids of gold and / or silver are excited.
Das Einbringen der Energie wird so vorgenommen, dass eine chemische Degeneration, insbesondere eine Depolymerisation, Pyrolyse oder Carbonisierung, des Materials des Dokumentenkörpers unterbleibt.The Introducing the energy is made so that a chemical Degeneration, in particular a depolymerization, pyrolysis or Carbonization, the material of the document body is omitted.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind optische Sensoren vorhanden, die einen Farbeindruck überwacht. Die Energiezufuhr wird dann in Abhängigkeit des überwachten Farbeindrucks gesteuert.at A preferred embodiment are optical sensors present, which monitors a color impression. The energy supply then becomes dependent on the monitored color impression controlled.
Besonders bevorzugt wird die Energie an mehreren Stellen lokalisiert gezielt in den Dokumentenkörper eingebracht, um an den mehreren Stellen einen Farbeindruck aufgrund der Gestalt und/oder Konzentration der Nanoteilchen herbeizuführen, wobei die mehreren Stellen ein Muster ergeben, das die individualisierende Information enthält. Bevorzugt werden an den unterschiedlichen Stellen durch den Energieeintrag unterschiedliche Farbeindrücke hervorgerufen. Dies bedeutet, dass der Energieeintrag an den unterschiedlichen Stellen unterschiedlich erfolgt.Especially Preferably, the energy is targeted at several locations placed in the document body to the several Make a color impression due to the shape and / or concentration the nanoparticles cause, with the multiple sites give a pattern containing the individualizing information. Preference is given to the different places by the energy input caused different color impressions. This means, that the energy input in different places varies he follows.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:following the invention is based on a preferred embodiment explained in more detail. Hereby show:
In
Bestimmt
man in diesen Kastenpotentialen
Photonen,
deren Energie geringer als die Bandlückenenergie ist, werden
hingegen nicht absorbiert. Dies bedeutet, dass mit einer Zunahme
der Teilchengröße eine Rotverschiebung der Absorptionskante
stattfindet. Dieses ist schematisch in
Für Cadmiumphosphid Cd3P2 beträgt die Bandlücke im Festkörper 0,55 eV. Bei einem mittleren Teilchendurchmesser von 3 nm erscheint das Material nicht mehr schwarz, sondern braun. Mit weiter abnehmendem Durchmesser ändert sich die Farbe über rot, orange und gelb, bis das Material bei etwa 1,5 nm weiß erscheint und eine Bandlücke von etwa 4 eV aufweist.For cadmium phosphide Cd 3 P 2 the band gap in the solid is 0.55 eV. At a mean particle diameter of 3 nm, the material no longer appears black, but brown. As the diameter decreases further, the color changes to red, orange and yellow until the material appears white at about 1.5 nm and has a bandgap of about 4 eV.
In
Ein ähnlicher
energetischer Effekt stellt sich beispielsweise bei stäbchenförmigen
Goldteilchen ein. In
In
Der
Dokumentenkörper wird in einer Dokumentenkörperaufnahme
Die
Vorrichtung
In einer weiteren Ausführungsform führt die Bestrahlung des Aktivatormaterials, zum Beispiel Zinkoxid (ZnO), zur Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren, wodurch zum Beispiel Metallsalzionen, insbesondere Silber (Ag+) und Gold (Au3+) zu den entsprechenden Metallen reduziert werden und Nanoteilchen bilden.In another embodiment, irradiation of the activator material, for example, zinc oxide (ZnO), results in the formation of electron-hole pairs, thereby reducing, for example, metal salt ions, particularly silver (Ag + ) and gold (Au 3+ ), to the corresponding metals and form nanoparticles.
Mittels
eines optischen Sensors
Es ergibt sich für den Fachmann, dass die Energiequelle auch mehrere Laser umfassen kann, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge emittieren. Hierdurch ist es möglich, unterschiedliche Aktivatormaterialien optimal anzuregen.It results for the skilled person that the energy source also may include multiple lasers, the light of different wavelengths emit. This makes it possible to have different Activator materials optimally stimulate.
Bei anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass Nanoteilchen zur Veränderung des Farbeindrucks in mehreren unterschiedlichen Schichten des Dokumentenkörpers geschaffen werden. Wird die Laserstrahlung zeitgleich oder zeitversetzt an unterschiedlichen Stellen in dem Dokumentenkörper fokussiert, um jeweils lokal gezielt Energie einzutragen und Nanoteilchen zu schaffen, die einen optischen Farbeindruck im sichtbaren Spektralbereich erzeugen, kann ein farbiges Muster in dem Dokumentenkörper erzeugt werden, welches eine individualisierende Information, beispielsweise einen Namen, ein Passbild usw., darstellt.at other embodiments may be provided that nanoparticles to change the color impression in several different layers of the document body. Will the laser radiation at the same time or with a time delay at different points in the Focused on document body, each locally targeted energy to enter and nanoparticles to create an optical color impression in the can produce a colored pattern in the visible spectral range be generated the document body, which is an individualizing Information, such as a name, a passport photo, etc. represents.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Dokumentenkörper selbst ein vollständiges Sicherheitsdokument oder auch Wertdokument. In anderen Ausführungsformen ist der Dokumentenkörper beispielsweise in ein Passbuch eingebunden.at In some embodiments, the document body is even a complete security document or even Value document. In other embodiments, the document body is For example, integrated into a passport.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Dokumentenkörper ein aus mehreren Schichten laminierter Verbundkörper, bei dem unterschiedliche Schichten unterschiedliche Ausgangsstoffe und/oder Konzentrationen hiervon umfassen. Hierdurch können auf einfache Weise in den unterschiedlichen Schichten verschiedene Farbeindrücke durch lokalisierten Energieeintrag hervorgerufen werden. Diese können gemeinsam ein Farbmuster ergeben. Ebenso können die Schichten jedoch auch gleiche Ausgangsstoffe und/oder Konzentrationen hiervon umfassen.at In some embodiments, the document body is a multi-layer laminated composite body the different layers different starting materials and / or Concentrations include. This can be up easy way in different layers different color impressions caused by localized energy input. These can be shared give a color pattern. Likewise, the layers can however also include the same starting materials and / or concentrations thereof.
Es ergibt sich für den Fachmann, dass die Erfindung hauptsächlich im sichtbaren Spektralbereich Anwendung finden wird. Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, die einen Farbeindruck erzeugen, der nur für eine maschinelle Prüfung vorgesehen ist. Einerseits weil der hervorgerufene Farbeindruck im UV- oder IR-Spektralbereich liegt oder weil eine Nanoteilchenkonzentration erzeugt wird, deren Absorptionsintensität für eine menschliche Prüfung nicht ausreichend hoch ist. Hier ist das Intensitätsverhältnis der Absorption und nicht deren wellenlängenabhängiger Verlauf generiert. Auch hier wird die Information durch die Änderung eines wellenlängenabhängig veränderten Farbeindrucks gespeichert. Lediglich eine Anzahl der erzeugten farbveränderten Nanoteilchen wird gezielt gering gehalten.It It will be apparent to those skilled in the art that the invention is primarily in the visible spectral range will find application. It is, however Also embodiments conceivable that produce a color impression, The only intended for a machine test is. On the one hand because the color impression caused in the UV or IR spectral range or because of a nanoparticle concentration is generated whose absorption intensity for a human test is not sufficiently high. Here is the intensity ratio of the absorption and does not generate their wavelength-dependent history. Again, the information is changed by the change of a wavelength stored changed color impression. Only a number The produced color-changed nanoparticles are targeted kept low.
Die beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich beispielhafte Ausführungsformen. Es ergibt sich für den Fachmann, dass es eine Vielzahl von Modifikationsmöglichkeiten gibt.The described embodiments are merely exemplary Embodiments. It results for the skilled person that there are a variety of modification options.
- 1a–1c1a-1c
- Kastenpotential des Leitungsbandspotential well of the conduction band
- 2a–2c2a-2c
- Kastenpotential des Valenzbandspotential well of the valence band
- 3a–3c3a-3c
- Breite des Kastenpotentialswidth of the box potential
- 4a–4c4a-4c
- Energieniveau des Leitungsbandsenergy level of the conduction band
- 5a–5c5a-5c
- Energieniveau des Valenzbandsenergy level of the valence band
- 6a–6c6a-6c
- Energiedifferenzenergy difference
- 11a–11c11a-11c
- Absorptionskanteabsorption edge
- 12a–12c12a-12c
- Absorptionsspektrenabsorption spectra
- 1313
- Pfeil (in Richtung größer werdender Teilchengröße)arrow (in the direction of increasing particle size)
- 1515
- Leitungsbandconduction band
- 1616
- Valenzbandvalence
- 1717
- Bindungsenergiebinding energy
- 2121
- Nanoteilchennanoparticles
- 2222
- Längelength
- 2323
- Breitewidth
- 4141
- Vorrichtung zur farbigen Individualisierung von Sicherheitsdokumentencontraption for colored individualization of security documents
- 4242
- SicherheitsdokumentThe security document
- 4343
- Dokumentenkörperdocument body
- 4444
- Schichtenlayers
- 4545
- Laserlaser
- 4646
- Laserstrahlunglaser radiation
- 4747
- Abbildungsoptikimaging optics
- 4848
- Fokusfocus
- 4949
- Nanoteilchennanoparticles
- 5050
- optischer Sensoroptical sensor
- 5151
- Lichtquellelight source
- 5252
- Steuerungcontrol
- 5454
- Modulatormodulator
- 5555
- DokumentenkörperaufnahmeDocuments Length
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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