DE102012204343A1

DE102012204343A1 - Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitsverbundkörpers und Sicherheitsverbundkörper mit zwei optisch brechenden Strukturen

Info

Publication number: DE102012204343A1
Application number: DE102012204343A
Authority: DE
Inventors: Edward Springmann
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2013-09-19
Also published as: EP2828094A1; CN104395095B; EP2828094B1; WO2013139749A1; CN104395095A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sicherheitsverbundkörper (100) sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Sicherheitsverbundkörpers (100), welches umfasst: Herstellen eines Verbundkörpers, Ausbilden einer Oberflächenreliefstruktur (75) an einer Außenfläche des Verbundkörpers, Einbringen eines optisch verifizierbaren Merkmals (61) in den Verbundkörper, wobei die Oberflächenreliefstruktur (75) und das Merkmal registergenau zueinander ausgebildet werden, wobei der Verbundkörper so hergestellt wird, dass im Innern eine Grenzschicht zwischen einem ersten Kunststoffmaterial mit einem ersten Brechungsindex n1 und einem zweiten Kunststoffmaterial (11) mit einem von dem ersten Brechungsindex n1 verschiedenen zweiten Brechungsindex n2 mit einem von einer ebenen Fläche abweichenden Grenzschichtreliefstruktur (5) strukturiert und registergenau mit dem Merkmal und der Oberflächenreliefstruktur (75) ausgerichtet wird, dass eine Verifikation des Merkmals (61) mittels einer aus einer Kombination der Oberflächenreliefstruktur (75) und der Grenzschichtreliefstruktur (5) ausgebildeten optischen Struktur verifizierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitsverbundkörpers sowie einen Sicherheitsverbundkörper, welcher eine an einer Oberfläche ausgebildete optisch brechende Struktur aufweist.
Als Sicherheitsverbundkörper wird hier ein aus mehreren Materialien hergestellter Verbundkörper betrachtet, der mindestens ein eine Fälschung, Nachahmung, Duplizierung oder Ähnliches erschwerendes oder sogar unmöglich machendes Merkmal umfasst. Sicherheitsverbundkörper werden beispielsweise zur Herstellung von Sicherheits- und/oder Wertdokumenten oder unmittelbar als Sicherheits- oder Wertdokumente verwendet. Moderne Pass- oder Personaldokumente umfassen beispielsweise häufig einen Dokumentkörper, welcher auf Kunststoffbasis hergestellt ist. Ein solcher Dokumentkörper wird in der Regel aus mehreren Schichten, beispielsweise Folien, desselben oder unterschiedlicher Kunststoffmaterialien hergestellt. Ein solcher Dokumentkörper ist häufig ein Sicherheitsverbundkörper.
Zur Absicherung gegen Verfälschungen, unautorisierte Nachbildungen, Duplizierungen und Ähnliches weisen Sicherheitsverbundkörper oder Sicherheitsdokumente so genannte Sicherheitsmerkmale auf. Eine Klasse von Sicherheitsmerkmalen zeigt einen optischen Effekt, der auf einer Lichtbrechung an einer optischen Struktur zurückzuführen ist. Einige Sicherheitsmerkmale zeigen beispielsweise einen betrachtungswinkelabhängigen optischen Effekt.
Beispielsweise umfassen einige Sicherheitsdokumente eine an einer Oberfläche eines Dokumentkörpers ausgebildete lichtbrechende Struktur, beispielsweise in Form einer Lenticularlinse, welche eine Vielzahl von Linsenelementen in einem Linsenarray umfasst, und beabstandet hierzu eine in dem Dokumentkörper gespeicherte, optisch erfassbare Information.
Aus der WO 03/022598 A1 ist ein Aufzeichnungsträger bekannt, der eine obere Schicht aufweist, die auf ihrer Außenseite eine Mehrzahl von Lenticularlinsen und rückseitig ein Darstellungselement besitzt, das beim Kippen des Aufzeichnungsträgers um wenigstens eine Achse beweglich erscheint. Die Lenticularlinsen erstrecken sich lediglich über einen Teilbereich der gesamten Außenseite. Das Darstellungselement ist ein Sicherheitselement, das auf einer inneren Kartenschicht aufgedruckt ist. Nicht angegeben ist, wie die Lenticularlinsen in den Dokumentkörper eingebracht werden.
Aus der DE 10 2008 008 044 A1 ist ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Sicherheits- und/oder Wertdokumenten bekannt, die geeignet sind, flexible und fälschungssichere Strukturen mit geringer thermischer Belastung herzustellen, wobei die Oberflächenstruktur in die Oberseite und/oder die Unterseite von zur Herstellung von Dokumenten verwendeten Substraten mit einer Prägeeinrichtung, die mindestens ein Prägewerkzeug mit jeweils einer Kontaktfläche aufweist, unter Anwendung eines Prägedrucks und unter Anwendung von Ultraschall eingeprägt wird, wobei die Kontaktfläche genauso groß ist wie oder größer ist als die Oberseite oder die Unterseite des Substrats. Es sind Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens beschrieben, die Mikrolinsen in einen Dokumentkörper einprägen.
Aus der DE 10 2008 031 653 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen eines Sicherheitsmerkmals in ein Wert- oder Sicherheitsdokument bekannt, wobei das Wert- oder Sicherheitsdokument einen Dokumentenkörper mit mindestens einer thermoplastischen Oberflächenschicht umfasst, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen des Dokumentenkörpers; Bereitstellen und/oder Erstellen einer strukturierten Sonotrode, die mit einer Schallquelle gekoppelt ist oder wird; Anordnen des Dokumentkörpers relativ zu der Sonotrode; Inkontaktbringen der Sonotrode und der Oberflächenschicht des Dokumentkörpers und zeitgleiches Einkoppeln von Schallwellen über die Sonotrode in das Wert- oder Sicherheitsdokument, so dass sich eine Reliefstruktur in der Oberflächenschicht ausbildet, wobei die Sonotrode mit einer Strukturierung bereitgestellt wird und/oder hergestellt wird, die eine Solleindringebene aufweist und die Sonotrode so strukturiert ist, dass aus der Solleindringebene vorspringende Bereiche und in die Solleindringebene hineinragende vertiefte Bereiche existieren, wobei die Sonotrode während der Schalleinkopplung unter Anwendung von Druck in den Dokumentkörper bewegt wird, bis die Solleindringebene mit einem Dokumentkörperoberflächensollniveau übereinstimmt und die vorspringenden Bereiche vertiefte Reliefstrukturen und die vertieften Bereiche hervorspringende Reliefstrukturen in der Oberflächenschicht erzeugen.
Aus der EP 0 216 947 A1 ist ein kartenförmiger Datenträger mit einem Substrat und mindestens einer transparenten Deckfolie bekannt. Das Substrat wird unter Anwendung eines Laserstrahls mit durch die Deckfolie hindurch erkennbaren Informationen versehen, wobei die transparente Deckfolie ein den Informationsbereich zumindest teilweise überlappendes vor dem Aufzeichnen der Information aufgebrachtes Relief trägt, welches durch seine optische Linsenwirkung die Informationsaufzeichnung charakteristisch verändert. In Abhängigkeit von der Einstrahlrichtung des Laserlichts wird die Information an unterschiedlichen Orten in dem Substrat gespeichert. Ebenso werden bei einer Sichtprüfung unterschiedliche Informationen in Abhängigkeit von einem Betrachtungswinkel wahrgenommen.
Aus der EP 0 219 012 B1 ist ein Datenträger bekannt, bei dem in einem inneren Volumenbereich Informationen mittels eines Laserstrahls eingebracht sind, die in Form von Änderungen der optischen Eigenschaften aufgrund einer irreversiblen, durch den Laserstrahl bewirkten Materialänderung sichtbar sind. Beschrieben sind beispielsweise kartenförmige Datenträger, die ein Linsenraster an einer Oberfläche aufweisen. Das Linsenraster kann bei einem Kaschiervorgang eingeprägt werden, indem in eine entsprechende Kaschierplatte ein Negativ des Linsenrasters eingearbeitet wird. Ebenso kann eine thermostabile Prägematrize verwendet werden, die zwischen der transparenten Deckschicht und der Kaschierplatte eingelegt wird. Es ist ferner beschrieben, dass die Karte mittels eines Laminierverfahrens hergestellt werden kann und das Linsenraster anschließend mittels eines Prägestempels oder einer Prägerolle eingebracht wird. Ein Einbringen der Information erfolgt über einen Laserstrahl, der unter unterschiedlichen Richtungen Informationen durch das Linsenraster in den Kartenkörper einbringt. So lassen sich auf einfache Weise Kippbilder realisieren.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und hieraus resultierenden Sicherheitsdokumenten, bei denen zunächst eine optische Struktur, vorzugsweise eine optische Struktur in Form eines Linsenrasters, in eine Oberfläche eingebracht wird und anschließend die Information mittels eines Laserstrahls über ein Bewirken irreversibler Materialveränderungen eingebracht wird, sind im Wesentlichen nur Informationen in Form von Grauwerten speicherbar. Darüber hinaus kann ein nachträgliches Zufügen von Informationen durch eine erneute Laserbestrahlung zum Verfälschen des Sicherheitsdokuments genutzt werden. Vollfarbige oder bunte Informationsspeicherungen sind in der Regel nicht möglich. Bei dem aus der WO 03/022598 A1 bekannten Verfahren lässt sich die Information zwar farbig, insbesondere bunt, drucken, jedoch ist eine erreichbare Auflösung für ein betrachtungswinkelabhängiges Sicherheitsmerkmal dadurch begrenzt, dass beim Einfügen und Integrieren der Druckinformation in den Dokumentkörper im Laminationsverfahren auftretende Schrumpfungsprozesse sowie eine exakte Ausrichtung der Druckinformation innerhalb des Dokumentkörpers und insbesondere relativ zu in einem Laminierverfahren zeitgleich eingebrachten Mikrolinsen nur unzureichend gewährleistet ist.
Allgemein besteht das Bedürfnis, immer neuartige Sicherheitsmerkmale zu schaffen, insbesondere solche, welche schwierig herzustellen sind, und somit durch Fälscher nicht oder nur mit einem erheblichen Aufwand nacharbeitbar sind, jedoch einfach und ohne Hilfsmittel verifizierbar sind. Insbesondere besteht ein zunehmendes Bedürfnis an Sicherheitsmerkmalen, welche es erlauben, eine Manipulation eines Dokuments, insbesondere durch Delamination, festzustellen.
Der Erfindung liegt somit die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines neuartigen Sicherheitsverbundkörpers sowie einen neuartigen Sicherheitsverbundkörper zu schaffen, welcher ein ohne Hilfsmittel zu verifizierendes Sicherheitsmerkmal umfasst, und schwieriger herzustellen ist als aus dem Stand der Technik bekannte Sicherheitsverbundkörper. Dieses Sicherheitsmerkmal soll die Sicherheit eines Sicherheitsverbundkörpers gegen Auftrennen und erneutes Verbinden erhöhen.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, einen Verbundkörper herzustellen, welcher zusätzlich zu einer an der äußeren Oberfläche ausgebildeten brechenden optischen Struktur im Innern des Verbundkörpers eine weitere Licht brechende optische Struktur aufweist, die in Kombination einen optischen Effekt aufweisen, der sich von dem unterscheidet, der nur mit der brechenden Oberflächenstruktur realisierbar ist. Hierzu wird der Verbundkörper aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien erzeugt, welche im Volumen transparent sind, und unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen.
Ein solcher neuartiger Sicherheitsverbundkörper umfasst an einer Grenzfläche zwischen den beiden Kunststoffmaterialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes eine Reliefstruktur. Durch die Grenzfläche hindurchtretendes Licht wird abhängig von einem Auftreffwinkel relativ zu einer lokalen Oberflächennormale an der Grenzflächenreliefstruktur aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindizes unterschiedlich gebrochen. Bei geeigneter Ausgestaltung der Grenzschichtreliefstruktur, beispielsweise in Form von mehreren Mikrolinsen, kann jeweils eine lokale Fokussierung von ursprünglich parallel einfallenden Lichtstrahlen in einem Gebiet hinter der Grenzfläche erfolgen. Allgemein gilt, dass durch die Grenzschichtreliefstruktur hindurchtretendes Licht abweichend von einem Durchtritt durch eine ebene Grenzfläche zwischen Materialien unterschiedlichen Brechungsindizes gebrochen wird. In Kombination mit einer optischen Struktur an einer Oberfläche des Verbundkörpers können somit andersartige optische Abbildungen ausgeführt und hierüber andersartige optische Effekte erzielt werden, wenn ein Merkmal durch eine Oberflächenreliefstruktur und die Grenzschichtreliefstruktur zur Verifikation betrachtet wird.
Insbesondere wird ein Sicherheitsverbundkörper mit optisch brechender Struktur geschaffen, welcher einen Verbundkörper, mindestens ein optisch verifizierbares Merkmal und mindestens eine Oberflächenreliefstruktur an einer Außenfläche des Verbundkörpers zum Ausbilden einer optischen Struktur für ein Unterstützen des optischen Erfassens des mindestens einen optisch verifizierbaren Merkmals umfasst, wobei im Innern des Verbundkörpers registergenau mit der durch die Oberflächenreliefstruktur gebildeten optischen Struktur und/oder dem mindestens einen optisch verifizierbaren Merkmal eine weitere optische Struktur ausgebildet ist, wobei die weitere optische Struktur mittels mindestens einer Grenzschicht zwischen einem ersten transparenten Kunststoffmaterial mit einem ersten Brechungsindex n₁ und einem zweiten transparenten Kunststoffmaterial mit einem von dem ersten Brechungsindex n₁ verschiedenen zweiten Brechungsindex n₂, wobei die Grenzschicht eine von einer ebenen Fläche abweichende Grenzschichtreliefstruktur aufweist.
Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitsverbundkörpers geschaffen, welches die Schritte umfasst: Herstellen eines Verbundkörpers, Ausbilden einer Oberflächenreliefstruktur an einer Außenfläche des Verbundkörpers, Einbringen eines optisch verifizierbaren Merkmals in den Verbundkörper, wobei die Oberflächenreliefstruktur und das Merkmal registergenau zueinander ausgebildet werden, und wobei der Verbundkörper so hergestellt wird, dass im Innern eine Grenzschicht zwischen einem ersten Kunststoffmaterial mit einem ersten Brechungsindex n₁ und einem zweiten Kunststoffmaterial mit einem von dem ersten Brechungsindex n₁ verschiedenen zweiten Brechungsindex n₂ mit einer von einer ebenen Fläche abweichenden Grenzschichtreliefstruktur strukturiert und registergenau mit dem Merkmal und der Oberflächenreliefstruktur ausgerichtet wird, so dass eine Verifikation des Merkmals mittels einer aus einer Kombination der Oberflächenreliefstruktur und der Grenzschichtreliefstruktur ausgebildeten optischen Struktur möglich ist.
Vorteil der Erfindung ist es, dass die optische Struktur sich gleichsam über den gesamten Aufbau des Sicherheitsverbundkörpers erstreckt. Wird nun ein solcher Sicherheitsverbundkörper zur Manipulation aufgetrennt, um zum Beispiel an eine Innenlage zu gelangen und den dort liegenden Sicherheitschip gegen einen manipulierten Chips auszutauschen, so ist es anschließend nahezu unmöglich den Sicherheitsverbundkörper wieder in der Form zusammen zu setzen, dass die optische Struktur wieder derart hergestellt wird, dass sich einem Betrachter der korrekte visuelle Eindruck wieder einstellt. Da mehrere Komponenten in unterschiedlichen Lagen am Strahlengang beteiligt sind und eine positionsgenaue Platzierung notwendig ist, kann so die Sicherheit eines solchen Sicherheitsverbundkörpers gegen Delamination gewährleistet werden.
Definitionen
Als Relief wird jede Struktur betrachtet, die von einer planen Ebene abweicht. Ein Relief an einer Oberfläche eines Körpers wird hier als Oberflächenreliefstrukur bezeichnet, eine Reliefstruktur an der Grenze zwischen zwei Materialien im Innern eines Körpers als Grenzschichtreliefstruktur. Allgemein gilt, dass ein Relief, welches eine Grenzfläche zwischen zwei Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes darstellt, als optische Struktur bezeichnet wird. Solche Grenzflächen treten an der Oberfläche beim Übergang von der Luft zum Kunststoffmaterial oder zwischen Kunststoffmaterialien unterschiedlicher Brechungsindizes auf. Eine optische Struktur bricht elektromagnetische Strahlung, insbesondere sichtbares Licht, gemäß den Gesetzmäßigkeiten der geometrischen Optik. Eine optische Struktur welche eine abbildende Eigenschaft aufweist wird als abbildende optische Struktur bezeichnet. Optische Strukturen umfassen insbesondere Mikrolinsen, Fresnellinsen und Lenticularlinsen. Mikrolinsen oder Lenticularlinsen sind Linsen, deren Krümmungsradien im Mikrometerbereich liegen (1 µm bis 1 mm). Die Krümmungsform kann sphärisch, asphärisch oder eine Freiform sein. Ein Linsenarray ist eine regelmäßige rasterartige Anordnung von Linsen. Mikrolinsen können auch in einem 2D-Raster ausgebildet sein und/oder jeweils eine rotationssymmetrische Gestalt aufweisen.
Unter Druckinformation werden Informationen verstanden, welche mittels einer Drucktechnik eingebracht sind oder werden. Übliche Drucktechniken sind Hochdruck, insbesondere in der Ausprägung Letterset, Flachdruck, insbesondere in der Ausprägung Offset, Tiefdruck, insbesondere in den Ausprägungen Stichtiefdruck und Rastertiefdruck, Durchdruck, insbesondere in der Ausprägung Siebdruck, sowie Digitaldruck, insbesondere in den Ausprägungen Inkjet-Druck, Thermotransfer-Druck, Dye-Diffusion-Thermotransfer-(D2T2)-Druck, Retransfer-Druck, und Thermosublimation-Druck.
Ein optisch erfassbares Merkmal ist jedes Merkmal, beispielsweise jede Information, das oder die durch eine Oberfläche eines Dokumentkörpers grafisch mit einem optischen Sensor erfassbar sind.
Hierbei kann eine Erfassung im sichtbaren Wellenlängenbereich, im UV- oder IR-Wellenlängenbereich erfolgen.
Die erfasste Information ist die grafisch erfasste Information. Diese kann hinsichtlich eines erfassten Gehalts hinter einem erfassbaren Gesamtgehalts der erfassbaren Information zurückbleiben. Dies gilt beispielsweise dann, wenn ein Informationsgehalt mit lumineszierenden Farbmitteln eingebracht ist, die im sichtbaren Wellenlängenbereich nicht erfassbar sind, ohne dass eine Anregung der Lumineszenz erfolgt. Die erfasste Information wird diesen Informationsgehalt grafisch nicht umfassen, sofern die optisch erfassbare Information ohne eine Anregung der Lumineszenz erfasst wird. Ebenso kann eine optisch erfassbare Information so ausgebildet sein, dass deren grafische Erfassung mit einer vorgegebenen Auflösung oder Vergrößerung einen ersten Informationsgehalt darstellt und bei einer verbesserten Auflösung oder höher gewählten Vergrößerung eine „Feinstruktur“ preis gibt, die einen zweiten Informationsgehalt darstellt.
Farbig ist eine erfassbare Information, wenn sie bei einem menschlichen Betrachte einen Farbeindruck beim Betrachten hervorruft, wobei Grautöne, Weiß und Schwarz nicht als farbig angesehen werden. Auch lumineszierende Farbmittel, die nur bei entsprechender Anregung einen Farbeindruck hervorrufen, werden als farbig angesehen.
Als Farbe wird ein Farbeindruck bei einer Wahrnehmung angesehen. Auch Grautöne, Weiß und Schwarz stellen in diesem Sinn eine Farbe dar.
Bunt ist eine Information, wenn diese mehrere farbige Farben umfasst. Eine bunte Information ist somit nicht monochrom.
Eine optisch erfassbare Information "im Innern eines Dokumentkörpers integrieren" bedeutet, dass die Information so in den Dokumentkörper eingebracht wird, dass diese im fertigen Dokumentkörper einen Abstand zu den Oberflächen des Dokumentkörpers aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Grenzschicht mit der Grenzschichtreliefstruktur im Innern des Verbundkörpers ausgebildet wird, indem in eine Substratschicht aus dem ersten Kunststoffmaterial mit dem ersten Brechungsindex n₁ eine die Grenzschichtreliefstruktur festlegende Reliefstruktur eingebracht wird, diese Reliefstruktur mit dem zweiten Kunststoffmaterial überlagert wird, welches den von dem ersten Brechungsindex n₁ abweichenden zweiten Brechungsindex n₂ aufweist, und das zweite Kunststoffmaterial und die Substratschicht gegebenenfalls mit weiteren Substratschichten zu einem den Sicherheitsverbundkörper ausbildenden Verbundkörper zusammengefügt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Einbringen der Reliefstruktur in die Substratschicht und/oder das Ausbilden der Oberflächenreliefstruktur mittels eines Ultraschallprägeverfahrens. Bei diesem wird in eine strukturierte Sonotrode Ultraschall angekoppelt und diese unter Aufwenden eines Drucks mit der Oberseite der transparenten Schicht oder der Körperfläche in Kontakt gebracht, in die eine Reliefstruktur eingebracht werden soll. Ein Vorteil der Verwendung eines Ultraschallprägeverfahrens liegt darin, dass die Ausbildung der Reliefstruktur in der transparenten Schicht in der Weise erfolgen kann, dass nur eine minimal benötigte Energiemenge in das transparente Kunststoffmaterial eingebracht werden muss. Handelt es sich um ein thermoplastisches Kunststoffmaterial, so wird dieses nur lokal erwärmt und schmilzt nicht im gesamten Volumen auf. Insbesondere wenn die Reliefstruktur bezogen auf die Fläche des herzustellenden Sicherheitsverbundkörpers nur in einem kleinen Teilbereich ausgebildet werden soll, ist dies von enormem Vorteil. Eine Oberflächenstruktur der beispielsweise als Folie bereitgestellten transparenten Schicht, welche beispielsweise optimal für eine nachfolgende Lamination und/oder ein Bedrucken vorbereitet ist, wird somit in jenen Bereichen, in denen die Reliefstruktur nicht ausgebildet wird, nicht oder nur minimal verändert.
Bei anderen Ausführungsformen kann ein Ausbilden einer der beiden Reliefstrukturen oder beider Reliefstrukturen jedoch auch durch ein Heißprägen eines Prägeblechs oder über eine Strukturierung mittels Laserstrahlung, insbesondere mittels einer Laserablation, vorgenommen werden. Eine Laserablation wird vorzugsweise mittels eines intensiven gepulsten Lasers vorgenommen, welcher schrittweise gezielt Material von der Oberfläche der transparenten Substratschicht oder einem fertigen Verbundkörper ablatiert.
Um eine hohe Beständigkeit des Sicherheitsverbundkörpers gegen ein nachträgliches Auftrennen des Sicherheitsverbundkörpers an jenen Grenzflächen zu vermeiden, welche mit den Grenzflächen der ursprünglich existierenden Schichten oder Kunststoffmaterialien übereinstimmen, aus denen der Sicherheitsverbundkörper ursprünglich zusammengefügt ist, ist es vorteilhaft, wenn alle Schichten oder verwendeten Kunststoffmaterialien auf Basis desselben Polymers hergestellt sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Verbundkörper mittels eines Laminationsverfahrens hergestellt.
Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der das zweite Kunststoffmaterial auf Basis desselben Polymers wie das erste Kunststoffmaterialhergestellt wird oder ist und in flüssiger Form auf die mit der Reliefstruktur versehene eine transparente Schicht aufgebracht wird, wobei ein Brechungsindex unterschied ∆n = |n₁ – n₂| zwischen dem Brechungsindex n₁ des ersten Kunststoffmaterial, aus dem die eine transparente Schicht hergestellt ist, und dem Brechungsindex n₂ des zweiten Kunststoffmaterials im fertigen Sicherheitsverbundkörper über unterschiedliche Konzentrationen von nanoskopischen dispergierten Anorganika, insbesondere Übergangsmetallverbindungen, noch bevorzugter Übergangsmetalloxiden, wie TiO₂ oder ZrO₂, verursacht ist.
Dem Fachmann sind Zubereitungen auf Basis eines Polymers in flüssiger Form bekannt. Beispielsweise sind aus der Druckschrift DE 10 2007 052 847 Zubereitungen bekannt, welche auf Polycarbonatbasis hergestellt sind und sich mittels eines Tintenstrahldruckverfahrens verdrucken lassen. Auch aus der EP 0 688 839 A2 sind Polycarbonate auf Basis eines geminal disubstituierten Dihydroxy-Diphenylcycloalkans bekannt. Diese werden dort als Bindemittel von Siebdruckfarben eingesetzt. Der Literaturstelle sind ebenfalls Verfahren zur Herstellung solcher Polycarbonate entnehmbar.
Aus der DE 10 2007 052 948 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbunds mit zumindest einer ersten Polymerschicht sowie einer zweiten Polymerschicht jeweils aus einem Polycarbonatpolymer auf Basis Bisphenol A bekannt, wobei zwischen den Polymerschichten ein Bauteil angeordnet ist, mit den folgenden Verfahrenstufen: a) das Bauteil wird auf der ersten Polymerschicht angeordnet oder in eine Vertiefung der ersten Polymerschicht eingelegt, b) die erste Polymerschicht wird auf der Seite, auf oder in welche das Bauteil angeordnet ist, zumindest im Bereich des Bauteils mit einer flüssigen Zubereitung, enthaltend ein Lösungsmittel oder ein Lösungsmittelgemisch sowie ein Polycarbonatderivat auf Basis eines geminal disubstituierten Dihydroxydiphenylcycloalkans, beschichtet, c) optional erfolgt anschließend an Stufe b) eine Trocknungsverfahrensstufe, d) anschließend an Stufe b) oder Stufe c) wird die zweite Polymerschicht auf die erste Polymerschicht, das Bauteil abdeckend, aufgelegt, e) die erste Polymerschicht und die zweite Polymerschicht werden unter Druck, bei einer Temperatur im Bereich von 120°C bis 180°C und für eine definierte Zeitspanne miteinander laminiert. Dem Fachmann sind somit grundsätzlich Zubereitungen bekannt, welche sich für das Herstellen eines Sicherheitsverbundkörpers auf Kunststoffbasis eignen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das zweite Kunststoffmaterial mittels eines Druckverfahrens aufgebracht, sodass zumindest in dem Gebiet, in dem das Relief der einen Substratschicht ausgebildet ist, mittels des zweiten Kunststoffmaterials eine ebene Fläche auf der von der Reliefstruktur abgewendeten Seite des zweiten Kunststoffmaterials ausgebildet wird.
Ein Drucken kann mit jedem beliebigen Druckverfahren erfolgen. Bevorzugt wird ein Tintenstrahldruckverfahren, bei dem gezielt eine Überdruckung ein und desselben Ortes mehrfach erfolgen kann und somit gezielt ein Auffüllen der in der Reliefstruktur enthaltenen "Freiräume" vorgenommen werden kann, bis eine ebene Überdeckung des Reliefs flächig erreicht ist. Es können jedoch auch andere Druckverfahren eingesetzt werden, um gezielt das zweite Kunststoffmaterial auf die erste transparente Schicht mit der darin ausgebildeten Reliefstruktur aufzubringen.
Bei einer Weiterbildung wird die erste Kunststoffschicht vollflächig mit dem zweiten Kunststoffmaterial überdeckt, sodass sich an der von der Reliefstruktur abgewandten Seite eine ebene Fläche ausbildet. Eine andere Möglichkeit des Auftragens des zweiten Kunststoffmaterials besteht im Rakeln.
Einen besonders stabilen und gegen Angriffsversuche gesicherten Sicherheitsverbundkörper erhält man, wenn die zu dem Verbundkörper zusammengefügten Schichten und das zweite Kunststoffmaterial alle auf Basis desselben thermoplastischen Polymermaterials hergestellt sind oder werden. Diese werden dann in einem Hochdruckhochtemperaturlaminationsverfahren zu einem monolithischen Sicherheitsverbundkörper zusammengefügt. Als monolithisch wird in diesem Zusammenhang ein Sicherheitsverbundkörper angesehen, wenn eine einheitliche durchgehende Materialstruktur in dem Verbundkörper ausgebildet wird. Bei einem solchen Sicherheitsverbundkörper lässt sich kein Phasenübergang hinsichtlich der Polymerstruktur an den ursprünglichen Dichtgrenzen feststellen, aus denen der Sicherheitsverbundkörper hergestellt ist. Als besonders haltbar und widerstandsfähig haben sich Sicherheitsverbundkörper aus Polycarbonat erwiesen.
Vorzugsweise werden die Reliefstrukturen so strukturiert, dass diese jeweils ein Linsenarray ausbilden. Beispielsweise kann ein Relief so strukturiert sein, dass dieses eine Vielzahl von Zylinderlinsenelementen umfasst, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Hierbei können die einzelnen Zylinderlinsenelemente identisch oder unterschiedlich hinsichtlich des Krümmungsradius und des Abstands zueinander ausgebildet sein. Beispielsweise können zwei verschiedene Typen von Zylinderlinsen alternierend in einem Muster angeordnet sein.
Andere Ausführungsformen umfassen rotationssymmetrische Linsen, welche ein zweidimensionales regelmäßiges Raster ausbilden.
Die beiden Reliefstrukturen sind dann so aufeinander abgestimmt, dass diese eine gemeinsame optische Struktur bilden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind oder werden die Oberflächenreliefstruktur und die mindestens eine Grenzschichtreliefstruktur so aneinander und das Merkmal so aufeinander abgestimmt, dass diese zumindest für einzelne Bestandteile des Merkmals eine Lupenabbildung ermöglichen.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Merkmal Zeichen oder Symbole mit Abmessungen im Mikrometerbereich umfasst. Somit wird das Merkmal mit Informationsbestandteilen in Form von Symbolen und/oder Zeichen ausgebildet, deren Größe im Mikrometerbereich liegt. Ein Vorteil liegt darin, dass das Merkmal so ausgebildet werden kann, dass ein Informationsgehalt ohne die durch die Grenzschichtreliefstruktur und die Oberflächenreliefstruktur gebildete optische Struktur nicht wahrnehmbar ist. Somit kann eine hohe räumliche Informationsdichte realisiert werden. Ferner ist eine Merkmalsausbildung mit Strukturen im Mikrometerbereich technisch aufwendig.
Für eine Verifikation ist es wünschenswert, das Merkmal einmal direkt und einmal über die durch die Kombination der Reliefstrukturen gebildete optische Struktur betrachten zu können.
Bei einer Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass der Verbundkörper im Bereich des Merkmals und der dazu im Register ausgerichteten Grenzschichtreliefstruktur und der Oberflächenreliefstruktur ein Durchsichtfenster umfasst, und das Merkmal so ausgestaltet ist, dass bei einer Betrachtung des Merkmals durch die Oberflächenreliefstruktur und die im Innern des Verbundköpers ausgebildete Grenzschichtreliefstruktur mindestens ein Informationsgehalt des Merkmals für einen menschlichen Betrachter ohne ein eine Abbildungsoptik enthaltendes Hilfsmittel erfassbar ist, der bei einer Betrachtung durch eine der mit Oberflächenreliefstruktur versehenen Seite des Verbundkörpers gegenüberliegende Seite ohne ein eine Abbildungsoptik enthaltendes Hilfsmittel nicht erfassbar ist.
Bei einer Ausführungsform wird der Verbundkörper mit einem Durchsichtfenster im Bereich des Merkmals und der dazu im Register ausgerichteten Grenzschichtreliefstruktur und der Oberflächenreliefstruktur ausgebildet und das Merkmal so ausgestaltet, dass bei einer Betrachtung des Merkmals durch die Oberflächenreliefstruktur und die im Innern des Verbundköpers ausgebildete Grenzschichtreliefstruktur mindestens ein Informationsgehalt des Merkmals für einen menschlichen Betrachter ohne ein eine Abbildungsoptik enthaltene Hilfsmittel erfassbar ist, der bei einer Betrachtung des Merkmal durch die der mit der Oberflächenreliefstruktur versehenen Seite gegenüberliegenden Seite des Verbundkörpers ohne ein eine Abbildungsoptik enthaltendes Hilfsmittel nicht erfassbar ist.
Wird in den Sicherheitsverbundkörper eine Schicht eingearbeitet, welche im Volumen opak ist, so kann ein solches Durchsichtfenster beispielsweise durch eine großflächige Ausstanzung und Einfügung eines transparenten Materials zum Füllen der Ausstanzung hergestellt werden.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, eine Vielzahl von Durchbrechungen mit Durchmessern im Mikrometerbereich, vorzugsweise im Bereich zwischen 5 und 200 µm, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 10 und 100 µm, in eine solche opake Schicht einzubringen. Werden solche Durchbrechungen in einem Raster angeordnet, so lässt sich eine Transparenz bis zu etwa 60 % Transmission erreichen. Die einzelnen Durchbrechungen können hierbei durch ein transparentes Kunststoffmaterial, welches beispielsweise ebenfalls durch ein Druckverfahren auf die opake Schicht gezielt im Bereich der Durchbrechungen aufgebracht werden kann, verfüllt werden.
Hierzu kann eine Zubereitung verwendet werden, wie sie oben im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erwähnt ist. Bei geeigneter Zusammensetzung führen darüber hinaus Kapillarkräfte dazu, dass die flüssige Zubereitung in die Durchbrechungen eindringt und diese vollständig verfüllt.
Bei anderen Ausführungsformen werden die Durchbrechungen, welche Durchmesser im Mikrometerbereich aufweisen, nicht verfüllt. Es hat sich gezeigt, dass diese bei einem Hochdruckhochtemperaturlaminationsverfahren zumindest nicht durch das opake Wandmaterial der Durchbrechungen verfüllt werden, sodass diese im fertiggestellten Sicherheitsverbundkörper nach wie vor eine Durchsicht gestatten. Dies gilt für typische Schichtstärken im Bereich zwischen 20 µm und etwa 500 µm für geeignet gewählten Durchbrechungsdurchmessern der Perforation.
Das Merkmal, welches registergenau mit den Reliefstrukturen in den Sicherheitsverbundkörper eingebracht wird, wird bei einer Ausführungsform unter Verwendung der gebildeten Reliefstrukturen mittels eines Lasermarkierverfahrens nach dem Zusammenfügen unter Ausnutzung der an der Oberfläche und im Innern des Verbundkörpers ausgebildeten Reliefstrukturen ausgebildeten optischen Strukturen eingebracht. Hierdurch ist eine registergenaue Einbringung zuverlässig gewährleistet.
Alternativ und/oder zusätzlich zu einem Einbringen der Merkmale über eine Lasermarkierung kann eine Information auch drucktechnisch auf eine Substratschicht aufgebracht werden, die zum Erzeugen des Sicherheitsverbundkörpers verwendet wird. In einer ganz einfachen Ausführungsform, welche jedoch hinsichtlich einer Fälschungssicherheit reduziert ist, werden die Informationen des Merkmals auf eine äußere Oberfläche des Dokumentkörpers aufgedruckt.
Bei bevorzugteren Ausführungsform werden die Informationen auf eine Oberfläche einer Substratschicht vor einem Zusammenfügen zu dem Sicherheitsverbundkörper aufgedruckt. Hierdurch ist eine nachträgliche Verfälschung nicht mehr oder nur erschwert nach einer Delamination möglich.
Bei drucktechnischer Ausbildung zumindest eines Teils des Merkmals wird somit eine Ausführungsform bevorzugt, bei der das mindestens eine Merkmal über ein Aufdrucken von Informationen auf eine Oberfläche einer der zu dem Verbundkörper zusammengefügten Schichten aufgebracht wird, die eine Materialschicht im Innern des Sicherheitsverbundkörpers ausbilden.
Bei einer Ausführungsform wird oder ist das Merkmal somit mittels Lasermarkierung in einem transparenten Kunststoffmaterial ausgebildet und/oder drucktechnisch in den Verbundkörper eingebracht.
Neben Ausführungsformen, bei denen eine transparente Schicht, die ursprünglich zwei zueinander im Wesentlichen planparallele ebene Oberflächen aufweist, in die eine Oberfläche eine Reliefstruktur eingeprägt wird, sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen sowohl in die Oberseite als auch die Unterseite einer transparenten Schicht registergenau Reliefstrukturen, die aneinander angepasst sind, eingeprägt werden. Bei einer solchen Ausführungsform wird das eine Relief an der Oberseite sowie das andere Relief an der Unterseite jeweils mit einem Kunststoffmaterial überdeckt, welches einen Brechungsindex aufweist, der von dem Brechungsindex des Materials der transparenten Schicht abweicht. Vorzugsweise werden die registergenau zueinander ausgerichteten Reliefstrukturen, d.h. die eine Reliefstruktur und die andere Reliefstruktur, zeitgleich, vorzugsweise mittels eines Ultraschallprägeverfahrens, über zwei strukturierte Sonotroden eingeprägt. Man erhält somit eine Ausführungsform, bei der zusätzlich in die Unterseite der einen transparenten Schicht registergenau mit der die Grenzschichtreliefstruktur bildenden Reliefstruktur eine weitere, eine weitere Grenzschichtreliefstruktur bildende Reliefstruktur ausgebildet wird, die ebenfalls mit dem zweiten Kunststoffmaterial oder einem dritten Kunststoffmaterial, welches einen von dem ersten Kunststoffmaterial abweichenden Brechungsindex n₃ aufweist, überdeckt wird, sodass in dem Verbundkörper durch das zweite Kunststoffmaterial oder das dritte Kunststoffmaterial eine an die weitere Reliefstruktur angepasste weitere Gegenstruktur ausgebildet ist. Werden die Reliefstruktur und die weitere Reliefstruktur beide von dem zweiten Kunststoffmaterial überdeckt, so sind die Oberflächen des zweiten Kunststoffmaterials, die von der Reliefstruktur und der weiteren Reliefstruktur abgewandt sind, vorzugsweise eben und planparallel zueinander ausgebildet. Sofern ein dritter Kunststoff verwendet wird, sind vorzugsweise die von den Reliefstrukturen abgewandten Oberflächen des zweiten Kunststoffmaterials und des dritten Kunststoffmaterials eben und zueinander planparallel ausgebildet.
Es sind ebenso Ausführungsformen denkbar, bei denen in mehrere transparente Folien Reliefstrukturen eingeprägt werden, die jeweils von einem Kunststoffmaterial überdeckt werden, welches einen abweichenden Brechungsindex von dem Material aufweist, aus dem die jeweilige Schicht hergestellt ist, in welche eine solche Reliefstruktur eingeprägt ist. Das Vorsehen mehrerer Reliefstrukturen an unterschiedlichen Oberflächen von Substratschichten, die anschließend zu dem Verbundkörper zusammengefügt werden und dann im Innern des Dokumentkörpers angeordnet sind, besteht darin, dass so optisch brechende Elemente, beispielsweise Linsen, ausbildbar sind, die bei ansonsten gleich bleibenden geometrischen Reliefstrukturen eine höher brechende Optik ermöglichen. Weist z.B. eine transparente Substratschicht, in die auf beiden gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Reliefstruktur eingeprägt wird, einen höheren Brechungsindex als die die Reliefstrukturen überdeckenden Kunststoffmaterialien auf, so addiert sich die Brechungswirkung von gleichartigen registergenau ausgerichteten Oberflächenstrukturen. Werden beispielsweise registergenau auf beiden Seiten Zylinderlinsenstrukturen eingeprägt, so können bei Verwendung derselben Kunststoffmaterialien kürzere Brennweiten erzielt werden als bei einer Ausführungsform, bei der nur auf einer Seite der Kunststoffschicht eine Reliefstruktur mit Zylinderlinsenprofilen eingeprägt und mit einem anderen Kunststoff überdeckt wird.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Hierbei zeigen:
1a–1g schematische Darstellungen zur Erläuterung der Herstellung eines Sicherheitsverbundkörpers;
2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen eines Sicherheitsverbundkörpers;
3a–3d, 3f eine schematische Schnittdarstellung einer Herstellung einer weiteren Ausführungsform eines Sicherheitsverbundkörpers;
3e schematische Darstellung eines aus Mikroschrift gebildeten Schriftzeichens;
3g schematische Schnittzeichnung durch eine optische Struktur mit eingezeichnetem Strahlengang;
4 eine weitere Schnittdarstellung eines Sicherheitsverbundkörpers;
5 eine weitere Schnittdarstellung eines Sicherheitsverbundkörpers, bei dem zwei innere Grenzflächen mit einer Reliefstruktur registergenau zueinander ausgebildet sind;
6 eine schematische Schnittdarstellung eines Sicherheitsverbundkörpers, bei dem ein Durchsichtfenster in einer opaken Schicht über Durchbrechungen ausgebildet ist;
7 eine weitere schematische Schnittdarstellung eines Sicherheitsverbundkörpers, bei dem ein Durchsichtfenster über eine Aussparung in einer vollflächigen Bedruckung ausgebildet ist; und
8 eine weitere schematische Schnittdarstellung eines Sicherheitsverbundkörpers, bei dem die Reliefstruktur in die transparente Schicht bei der Herstellung so eingebracht wurde, dass die Reliefstruktur vollständig unterhalb eines durch eine Oberseite festgelegtes Niveau ausgebildet ist.
Anhand der 1a bis 1f soll das Herstellungsverfahren für einen Sicherheitsverbundkörper schematisch dargestellt werden. In 1a ist das Bereitstellen einer im Volumen transparenten Schicht 1 aus einem ersten Kunststoffmaterial, beispielsweise einem Polycarbonat, dargestellt. Die Schicht 1, die als Substratschicht 1 bezeichnet wird, kann jedoch auch aus anderen Kunststoffmaterialien, insbesondere transparenten thermoplastischen Kunststoffmaterialien, hergestellt sein. Es können ebenfalls Kunststoffschichten verwendet werden, welche nur ein Gebiet umfassen, welches im Volumen transparent ist. Eine solche Schicht kann beispielsweise als coextrudierte Folie aus einem transparenten und einem oder mehreren opaken Kunststoffmaterialen hergestellt sein. Die transparente Schicht 1 weist eine Oberseite 4 und eine gegenüberliegende Unterseite 6 auf. Diese sind vorzugsweise eben und planparallel. Die Oberflächen der Oberseite 4 und der Unterseite 6 können aufgeraut sein.
Die transparente Schicht 1 kann bearbeitet werden, beispielsweise kann eine Information 2 aufgedruckt werden. Dieses ist in 1b gezeigt. Wesentlich ist, dass ein Gebiet 3 transparent verbleibt.
In diesem Gebiet 3 wird anschließend eine Reliefstruktur 5 ausgebildet. Dies kann über unterschiedliche Verfahren erfolgen, vorzugsweise über ein Ultraschallprägeverfahren mit einer strukturieren Sonotrode, in die Ultraschall eingekoppelt wird und die während der Ultraschalleinkopplung mit Druck auf die Oberfläche 4 der Substratschicht 1 gepresst wird, sodass sich eine Reliefstruktur 5 in dem transparenten Gebiet 3 ausbildet. In der Oberseite 4 ist somit eine Reliefstruktur 5 ausgebildet. Eine Unterseite 6 der Substratschicht 1 ist vorzugsweise eben. In 1c ist die mit der Reliefstruktur 5 versehene Substratschicht 1 gezeigt.
Die Reliefstruktur 5 wird anschließend mit einem zweiten Kunststoffmaterial 11 verfüllt, sodass dieses eine an die Reliefstruktur 5 angepasste Gegenstruktur 15 ausbildet. Dieser Zustand ist in 1d gezeigt. Eine von der Reliefstruktur 5 abgewandte Oberfläche 14 des zweiten Kunststoffmaterials 11 ist eben und vorzugsweise planparallel zu der Unterseite 6 der Substratschicht 1. Das erste Kunststoffmaterial, aus dem die Substratschicht 1 gefertigt ist, weist einen anderen Brechungsindex n₁ auf als das zweite Kunststoffmaterial 11. Dessen Brechungsindex wird mit n₂ bezeichnet. Somit tritt eine Brechung gemäß der geometrischen Optik an der Reliefstruktur 5 bei einem Durchtritt von Licht auf. Die Form einer dieselbe Reliefstruktur 5 aufweisenden Grenzschicht 16 zwischen dem ersten Kunststoffmaterial der Substratschicht 1 und dem zweiten Kunststoffmaterial 11 legt somit gemeinsam mit den Brechungsindizes n₁ und n₂ die optische Brechung fest. In der dargestellten Ausführungsform ist die Reliefstruktur s ausgebildet, um Zylinderlinsen auszubilden. Die Reliefstruktur 5, welche das Relief der Grenzschicht 16 festlegt, wird im fertigen Verbundkörper auch Grenzschichtreliefstruktur genannt.
Das zweite Kunststoffmaterial 11 wird vorzugsweise in flüssiger Form auf die Oberfläche der ersten Substratschicht 1 appliziert, beispielsweise mittels eines Druckverfahrens oder mittels Rakeln. Bei der dargestellten Ausführungsform wird das zweite Kunststoffmaterial 11 vollflächig auf die Oberseite 4 der ersten Substratschicht 1 aufgebracht.
Wie in 1e dargestellt ist, werden eine zusätzliche Substratschicht 21 und eine weitere Substratschicht 31 bereitgestellt. Die zusätzliche Substratschicht 21 ist hierbei an einer Unterseite 24 vollflächig bis auf einen Aussparungsbereich 22 bedruckt. Dieser ist so positioniert, dass er bei einem Zusammenfügen der Schicht 21 mit der Substratschicht 1, auf welcher das zweite Kunststoffmaterial 11 aufgebracht ist, eine Durchsicht durch die Substratschicht 21 auf die ausgebildete brechende Struktur, welche durch die Grenzschichtreliefstruktur 5 geschaffen ist, ermöglicht. Die weitere Substratschicht 31 ist in diesem Beispiel als vollständig transparente Schicht ausgeführt. Zusätzlich ist ein Hologramm 41 bereitgestellt. Die Schichten 21, 1 und 31 sowie das Hologramm 41 werden in der dargestellten Weise übereinander geschichtet, vorzugsweise aneinander geheftet, und anschließend in einem Hochdruckhochtemperaturlaminationsverfahren zu einem Verbundkörper 100 verbunden, wie dies in 1f dargestellt ist. Vorzugsweise sind die Substratschichten 21 und 31 auf Basis desselben Polymers hergestellt wie die Schicht 1 und das zweite Kunststoffmaterial 11. Hierdurch kann erreicht werden, dass sich ein monolithischer Sicherheitsverbundkörper 100 bildet, bei dem an den ursprünglichen Grenzschichten zwischen den Schichten 21, 11, 1, 31 keine Phasenübergänge hinsichtlich der Polymerstruktur im Sicherheitsverbundkörper 100 erkennen lassen.
Die Brechungsindizes der zusätzlichen Schicht 21 und der weiteren Schicht 31 können im Prinzip beliebig gewählt werden. Vorzugsweise sind diese jedoch beispielsweise so gewählt, dass der Brechungsindex identisch zu dem des ersten Kunststoffmaterials ist. Bei einer solchen Ausführungsform weicht nur der Brechungsindex n₂ des zweiten Kunststoffmaterials ab. Dieser kann beispielsweise größer gewählt werden als der des ersten Kunststoffmaterials. Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, bei denen der Brechungsindex n₂ des zweiten Kunststoffmaterials 11 geringer als der des ersten Kunststoffmaterials ist. Der Brechungsindex n₁ eines Kunststoffmaterials kann darüber angepasst werden, dass in der Polymermatrix Nanopartikel dispergiert werden, insbesondere Nanopartikel von Übergangsmetallverbindungen, welche selbst transparent sind. Hierzu eignen sich besonders Titandioxid TiO₂ oder Zirkondioxid ZrO₂.
Wie in 1f dargestellt, wird dann mittels eines Ultraschallprägeverfahrens mittels einer strukturierten Sonotrode 74 in eine Oberseite 104 des Sicherheitsverbundkörpers 100 eine Oberflächenreliefstruktur 75 registergenau mit der Grenzschichtreliefstruktur 5 eingeprägt.
In 1g ist angedeutet, dass über Laserstrahlung aus unterschiedlichen Richtungen a und b über die Oberseite 104 des Sicherheitsverbundkörpers 100 unterschiedliche Informationsanteile eines Merkmals 61, die hier über ein Quadrat und ein Dreieck angedeutet sind, in dem Sicherheitsverbundkörper 100 mittels Lasermarkierung gespeichert werden können. Das Laserlicht wird über die durch die Oberflächenreliefstruktur 75 und die in der Grenzschichtreliefstruktur 5 ausgebildeten Mikrolinsen an unterschiedlichen Orten fokussiert und bewirkt eine Einfärbung des Kunststoffmaterials einer Materialschicht 131, die mit der ursprünglichen Schicht 31 korrespondiert. So werden die Informationsanteile an unterschiedlichen Orten gespeichert. Analog zu der beschriebenen Einspeicherung sind betrachtungswinkelabhängig unter den Betrachtungsrichtungen a b, unter denen die unterschiedlichen Informationen (Quadrat und Dreieck) eingeschrieben worden sind, diese Informationen verifizierbar. Die Informationsanteile Quadrat und Dreieck sind somit betrachtungswinkelabhängig bei einer Betrachtung durch die Oberseite 104 wahrnehmbar. Die Informationsanteile Dreieck, Quadrat stellen somit jeweils Informationsanteile eines Merkmals 61 dar. Zusätzlich zu der betrachtungswinkelabhängigen Information, welche bezogen auf die eine Betrachtungsseite des Sicherheitsverbundkörpers 100 unterhalb der Grenzschichtreliefstruktur 5 angeordnet ist, ist diese Information über die entgegengesetzte Seite 106 als statische Information betrachtungswinkelunabhängig erkennbar.
In 2 ist das Herstellungsverfahren erneut schematisch im Zusammenhang mit einer Herstellvorrichtung 200 dargestellt. Über unterschiedliche Rollen 201–205 werden unterschiedliche Substratschichten 211, 212, 213, 214, 215 bereitgestellt. Während die Substratschicht 215 im dargestellten Ausführungsbeispiel eine opake Schicht ist, sind die Substratschichten 211 bis 214 jeweils transparente Substratschichten. Die als Folie bereitgestellte Substratschicht 214 ist darüber hinaus als so genannte laserfähige Folie ausgebildet, welche für eine Lasermarkierung ausgebildet ist. Über Druckeinrichtungen 221–225 können die einzelnen Substratschichten 211–215 an ihren Ober- und/oder Unterseiten bedruckt werden.
In einer Prägeeinrichtung 233 wird in eine Oberseite 4 der Substratschicht 213 eine Reliefstruktur 5 eingeprägt. In die opake Substratschicht 215 wird mittels einer Perforationseinheit 241 ein Durchsichtfenster in Form von mikroskopischen Durchbrechungen 98, welche als Durchgangslöcher ausgebildet sind, in der Substratschicht 215 geschaffen. In einer Verfülleinrichtung 253 wird ein zweites Kunststoffmaterial 216 auf die Oberseite 4 der Substratschicht 213 aufgebracht, sodass die Reliefstruktur 5 vollständig eingeebnet und überdeckt wird. Dies bedeutet, dass die Reliefstruktur vollständig von dem zweiten Kunststoffmaterial 216 überdeckt wird. Anschließend werden die Substratschichten 211, 212, 213 mit der darauf ausgebildeten Schicht 216 sowie den Substratschichten 214, 215 zusammengeführt und in einer Hochdruckhochtemperaturlaminationseinrichtung 260 zu einem Verbund 270 laminiert. Hierbei kommt ein Prägeblech zum Einsatz, welches registergenau in der im Innern ausgebildeten Grenzschichtreliefstruktur 5 eine Oberflächenreliefstruktur 75 beim Laminieren in den Verbund 270 einprägt. In einer Beschriftungseinrichtung 280 wir ein Merkmal 61 registergenau zu der Grenzschichtreliefstruktur 5 und der Oberflächenreliefstruktur 75 eingespeichert. Diese umfassen unterschiedliche Informationsanteile, die aus unterschiedlichen Lasereinstrahlrichtungen unter Ausnutzung der Grenzschichtreliefstruktur 5 und der Oberflächenreliefstruktur 75 im Innern des Verbunds 270 registergenau mit dieser markiert werden. Ferner kann die Substratschicht 215 ebenfalls transparent ausgebildet sein. In diesem Fall ist eine Perforation zum Ausbilden eines Durchsichtfensters selbstverständlich nicht nötig.
In einer Vereinzelungseinrichtung 290 werden schließlich einzelne Sicherheitsverbundkörper 100 aus dem Verbund 270 vereinzelt. Es versteht sich, dass lediglich eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben ist und weitere Sicherheitsmerkmale und Sicherheitselemente in dem Produktionsprozess mit ausgebildet und eingefügt werden können. Eine Anzahl der verwendeten Schichten bzw. Folien kann ebenfalls selbstverständlich variiert werden. Ferner kann die Substratschicht 215 ebenfalls transparent sein. In diesem Fall ist eine Perforation zum Ausbilden eines Durchsichtfensters selbstverständlich nicht nötig.
Anhand von 3a–f wird die Herstellung einer weiteren einfachen Ausführungsform eines Sicherheitsverbundkörpers 100 schematisch gezeigt.
Gemäß 3a wird eine transparente Substratschicht, vorzugsweise als Folie mit einer Oberseite 4 und einer hierzu planparallelen Unterseite 6 bereitgestellt.
Gemäß 3b wird in die Oberseite 4 der Substratschicht 1 eine ein Linsenarray ausbildende Reliefstruktur 5 eingebracht, beispielsweise eingeprägt oder über Laserablation geformt.
Die Reliefstruktur 5 wird mit einem zweiten Kunststoffmaterial 11, welches vorzugsweise in flüssiger Form aufgedruckt oder gerakelt wird, "verfüllt" und überdeckt. Dies ist in 3c gezeigt. Das zweite Kunststoffmaterial 11 weist einen Brechungsindex n₂ auf, der von dem Brechungsindex n₁ des ersten Kunststoffmaterials verschieden ist, aus dem die Substratschicht 1 besteht. Beispielsweise unterscheiden sich die Kunststoffmaterialien, die auf Basis desselben Polymers hergestellt sind, hinsichtlich der Konzentration der Beimengung von z.B. TiO₂ Nanopartikeln.
Wie in 3d gezeigt ist, wird auf eine weitere Substratschicht 31 drucktechnisch ein optisch erfassbares Merkmal 61, beispielsweise eine Information in Form von Schriftzeichen, die ihrerseits aus Mikroschrift-Schriftzeichen erstellt sind, aufgebracht. Hierzu kann beispielsweise eine Farbe auf Polymerbasis, wie sie oben erwähnt sind, genutzt werden. Alternativ kann ein Metallstreifen mit Durchbrechungen in Form von Mikroschrift oder Ähnliches auf die Substratschicht 31 aufgebracht werden.
In 3e ist beispielhaft gezeigt, wie das Merkmal 61 zwei unterschiedliche Informationsgehalte enthalten kann. Ohne eine Vergrößerung ist nur das Schriftzeichen "A" wahrnehmbar, welches den ersten Informationsgehalt 62 darstellt. Bei einer Betrachtung durch eine Lupe 64 ist ein weiterer Informationsgehalt "Dies ist ein Beispiel" 63 wahrnehmbar. Das Schriftzeichen "A" ist durch den in Mikroschrift aufgebrachten Schriftzug "Dies ist ein Beispiel" gebildet.
Gemäß 3d wird ferner eine Substratschicht 21 bereitgestellt. Die Substratschicht 21, die mit der Reliefstruktur 5 und dem überdeckenden zweiten Kunststoff 11 versehene Substratschicht 1 und die mit dem Merkmal 61 versehene Substratschicht 31 werden in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet und geheftet, so dass das Merkmal 61 und die Reliefstruktur 5 registergenau ausgerichtet sind.
In einem Laminationsschritt wird ein Sicherheitsverbundkörper 100 ausgebildet, der in 3f gezeigt ist. Beim Laminieren oder anschließend wird die Oberflächenreliefstruktur 75 registergenau mit der Grenzschichtreliefstruktur 5 und dem Merkmal 61 in dem Sicherheitsverbundkörper 100 ausgebildet.
In 3g ist exemplarisch Strahlengang 300 gezeigt, bei dem die optischen Strukturen der Oberflächenreliefstruktur 75 und der Grenzschichtreliefstruktur 5 gemeinsam eine optische Struktur Lupe für das Merkmal 61 bilden. Bei einer Verifikation über die Unterseite 106 des Sicherheitsverbundkörpers 100 ist das Schriftzeichen "A", d.h. der erste Informationsgehalt wahrnehmbar, bei einer Verifikation über die Oberseite 104 die Vergrößerung und somit der Schriftzug "Dies ist ein Beispiel", d.h. der zweite Informationsgehalt.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Sicherheitsverbundkörpers 100, welcher aus insgesamt fünf Folienschichten sowie einer auf die Substratschicht 1 aufgebrachten Schicht aus dem zweiten Kunststoffmaterial hergestellt ist. Es wird an dieser Stelle angemerkt, dass die in den 1d, 1f, 1g, 2 bis 8 eingezeichneten Schichtgrenzen in dem jeweiligen Sicherheitsverbundkörper 100 lediglich zur Veranschaulichung und als Hinweis auf die zur Herstellung verwendeten Schichten eingezeichnet sind. Sind diese alle auf Basis desselben Polymers hergestellt, so sind solche Schichtgrenzen im Verbundkörper nicht anhand der Kunststoffstruktur, sondern höchstens anhand anderer Eigenschaften, wie dem Brechungsindex, einer Transparenz, aufgebrachter Druckinformationen, oder Beimengungen von Substanzen, beispielsweise Photosensibilisatoren oder Ähnlichem, identifizierbar.
In 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der in der Substratschicht 1 sowohl an der Oberseite 4 als auch an der Unterseite 6 Reliefstrukturen 5 und 5' ausgebildet sind. Die Oberseite 4 ist mit einem zweiten Kunststoffmaterial 11 überdeckt und die Unterseite 6 mit einem dritten Kunststoffmaterial 81. Weist das erste Kunststoffmaterial der Substratschicht 1 einen Brechungsindex n₁ auf, so sind bei einer Ausführungsform die Brechungsindizes des zweiten Kunststoffmaterials n₂ und des dritten Kunststoffmaterials n₃ so gewählt, dass diese beide kleiner als der Brechungsindex n₁ sind. Bei einer anderen Ausführungsform kann dieses Verhältnis umgekehrt werden, sodass die Brechungsindizes n₂, n₃ größer als der Brechungsindex n₁ des ersten Kunststoffmaterials ist. Diese Ausgestaltungen bieten den Vorteil, dass die beiden Reliefstrukturen 5, 5', welche registergenau zueinander ausgebildet sind, eine stärker beugende Wirkung der Gesamtstruktur bewirken können. Es sind somit beispielsweise kürzere Brennweiten realisierbar. Angrenzend an das zweite Kunststoffmaterial 11 und das dritte Kunststoffmaterial 81 sind Substratschichten 21 und 31 ausgebildet, welche jeweils laserfähig sind. An einer Oberseite 4 des Sicherheitsverbundkörpers 100 ist darüber eine weitere Substratschicht 91 ausgebildet und an der Unterseite 6 eine weitere Substratschicht 92. In dem Sicherheitsverbundkörper 100 können selbstverständlich weitere Sicherheitsmerkmale ausgebildet sein, die aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt sind. Vorteilhaft ist es, wenn durch sämtliche Substratschichten 1, 21, 31, 91, 92 sowie die Kunststoffmaterialien 11 und 81 im Bereich, in dem die Reliefstrukturen 5, 5' ausgebildet sind, eine Durchsicht durch den Sicherheitsverbundkörper 100 möglich ist.
In 6 ist ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Sicherheitsverbundkörpers 100 dargestellt. Die Substratschicht 1 ist nur an ihrer Oberseite 4 mit einer Reliefstruktur 5 ausgebildet, über die ein zweites Kunststoffmaterial 11 überlagert ist. Darüber sind eine laserfähige Substratschicht 21 und eine obere Deckschicht 91 angeordnet. Unter der Unterseite 6 der Substratschicht 1 ist eine laserfähige Substratschicht 31, eine opake Substratschicht 93 sowie eine untere Schutzschicht 92 angeordnet. In der opaken Substratschicht 93 ist eine Vielzahl von Durchbrechungen 98 ausgebildet, sodass in der opaken Substratschicht 93 in dem Bereich 99, in dem die Reliefstruktur 5 ausgebildet ist, eine Durchsicht durch den Sicherheitsverbundkörper 100 möglich ist. Das Sicherheitsmerkmal 61 ist in der Substratschicht 31 mittels Lasermarkierung ausgebildet.
In 7 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, welche ähnlich zu der nach 5 ist. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der nach 5 dadurch, dass das Sicherheitsmerkmal drucktechnisch auf eine Unterseite der Substratschicht 31 aufgebracht ist, welche in diesem Fall nicht laserfähig sein muss. Zusätzlich ist die Oberseite der untersten Substratschicht 92 vollflächig bis auf eine Aussparung 97 mit opaker Tinte 96 bedruckt, welche eine Durchsicht auf die Reliefstrukturen 5 und 5' das Sicherheitsmerkmal 61 ermöglichen. Dieser Sicherheitsverbundkörper 100 weist somit ein drucktechnisch hergestelltes Durchsichtfenster auf. Zusätzlich ist bei diesem Sicherheitsverbundkörper ein weiteres Sicherheitselement 85, beispielsweise ein Mikrochip exemplarisch eingefügt.
In 8 ist schematisch eine Schnittansicht durch eine weitere Ausführungsform eines Sicherheitsverbundkörpers 100 dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Reliefstruktur 5 in der Oberseite 4 der Substratschicht 1 so ausgebildet, dass die Reliefstruktur vollständig unterhalb eines Niveaus 8 ausgebildet ist, welches durch die Oberseite 4 der Substratschicht festgelegt ist. Eine solche Ausführungsform kann beispielsweise mittels eines Laserablationsverfahrens zur Strukturierung des Reliefs realisiert werden. Andere mögliche Ausführungsformen sehen vor, dass in dem Bereich, in welchem die Reliefstruktur ausgebildet werden soll, zunächst Material von der Oberfläche entfernt wird. Hierzu können beispielsweise spanabhebende Verfahren genutzt werden. Anschließend kann über eine Sonotrodenprägung die Reliefstruktur 5 ausgebildet werden. Bei dieser Ausführungsform ist eine Applikation des zweiten Kunststoffmaterials in der Weise möglich, dass nur die Reliefstruktur lokal überdeckt wird und das zweite Kunststoffmaterial bündig mit der Oberfläche 4 der Substratschicht 1 abschließt. In der dargestellten Ausführungsform ist oberhalb eine weitere Substratschicht 21, welche laserfähig ist, angeordnet. Unterhalb der Substratschicht 1 sind eine Substratschicht 31 und eine weitere Substratschicht 92 angeordnet, auf deren Oberfläche das eine Sicherheitsmerkmal 61 drucktechnisch ausgebildet ist. Dieses muss selbstverständlich registergenau beim Zusammenfügen der Substratschichten zu der Reliefstruktur ausgerichtet werden. Würde die Schicht 1 hinsichtlich der Materialstärke angepasst, könnte auch die Schicht 31 eingespart werden und das Merkmal 61 auf die Unterseite 4 registergenau zu der Reliefstruktur aufgedruckt sein. Das Bedrucken kann vor dem Ausbilden der Reliefstruktur erfolgen. Diese kann dann registergenau an die Bedruckung angepasst eingeprägt werden.
Es versteht sich für den Fachmann, dass lediglich beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind. Die einzelnen in den unterschiedlichen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale können beliebig miteinander kombiniert werden. So kann das Durchsichtfenster drucktechnisch mittels Perforation oder sogar über ein Einbringen einer großen Aussparung, welche beispielsweise über ein Einsetzen eines anderen Kunststoffmaterials gefüllt wird, in eine der weiteren Schichten ausgebildet werden. Zusätzlich sind Ausführungsformen denkbar, bei denen die das Merkmal ausbildende erste Information drucktechnisch im Sicherheitsverbundkörper eingespeichert wird. Alle Kombinationen von Lasermarkierung und Druckmarkierung können in Kombination verwendet werden. Über eine unterschiedliche Ausbildung der einzelnen Reliefstrukturen ist es sogar möglich, dass ein Teil des optisch erfassbaren Merkmals drucktechnisch und ein Teil des optisch erfassbaren Merkmals mittels Lasermarkierung eingebracht wird. Darüber hinaus sind andere Formen des Einbringens von optisch erfassbaren Merkmalen möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 03/022598 A1 [0005, 0010]
DE 102008008044 A1 [0006]
DE 102008031653 A1 [0007]
EP 0216947 A1 [0008]
EP 0219012 B1 [0009]
DE 102007052847 [0033]
EP 0688839 A2 [0033]
DE 102007052948 [0034]

Claims

Sicherheitsverbundkörper (100) mit optisch brechender Struktur umfassend: einen Verbundkörper, mindestens ein optisch verifizierbares Merkmal (61) und mindestens eine Oberflächenreliefstruktur (75) an einer Außenfläche des Verbundkörpers zum Ausbilden einer optischen Struktur für ein Unterstützen des optischen Erfassens des mindestens einen optisch verifizierbaren Merkmals (61); dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Verbundkörpers registergenau mit der durch die Oberflächenreliefstruktur (75) gebildeten optischen Struktur und/oder dem mindestens einen optisch verifizierbaren Merkmal (61) eine weitere optische Struktur ausgebildet ist, wobei die weitere optische Struktur mittels mindestens einer Grenzschicht zwischen einem ersten transparenten Kunststoffmaterial mit einem ersten Brechungsindex n₁ und einem zweiten transparenten Kunststoffmaterial (11) mit einem von dem ersten Brechungsindex n₁ verschiedenen zweiten Brechungsindex n₂, wobei die Grenzschicht eine von einer ebenen Fläche abweichende Grenzschichtreliefstruktur (5) aufweist.
Sicherheitsverbundkörper (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Merkmal (61) Zeichen oder Symbole mit Abmessungen im Mikrometerbereich umfasst.
Sicherheitsverbundkörper (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Merkmal (61) mittels Lasermarkierung in einem transparenten Kunststoffmaterial ausgebildet ist und/oder drucktechnisch in den Sicherheitsverbundkörper (100) eingebracht ist.
Sicherheitsverbundkörper (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper mittels eines Laminationsverfahrens hergestellt ist.
Sicherheitsverbundkörper (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenreliefstruktur (75) und die mindestens eine Grenzschichtreliefstruktur (5) so aneinander und das Merkmal (61) so aufeinander abgestimmt sind, dass zumindest für einzelne Bestandteile des Merkmals eine Lupenabbildung ermöglichen.
Sicherheitsverbundkörper (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper im Bereich des Merkmals (61) und der dazu im Register ausgerichteten Grenzschichtreliefstruktur (5) und der Oberflächenreliefstruktur (75) ein Durchsichtfenster (99) umfasst, und das Merkmal (61) so ausgestaltet ist, dass bei einer Betrachtung des Merkmals (61) durch die Oberflächenreliefstruktur (75) und die im Innern des Verbundköpers (100) ausgebildete Grenzschichtreliefstruktur (5) mindestens ein Informationsgehalt des Merkmals (61) für einen menschlichen Betrachter ohne ein eine Abbildungsoptik enthaltendes Hilfsmittel erfassbar ist, der bei einer Betrachtung durch eine der mit Oberflächenreliefstruktur versehenen Seite des Verbundkörpers (100) gegenüber liegende Seite ohne ein eine Abbildungsoptik enthaltendes Hilfsmittel nicht erfassbar ist.
Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitsverbundkörpers (100) umfassend die Schritte Herstellen eines Verbundkörpers, Ausbilden einer Oberflächenreliefstruktur (75) an einer Außenfläche des Verbundkörpers, Einbringen eines optisch verifizierbaren Merkmals (61) in den Verbundkörper, wobei die Oberflächenreliefstruktur (75) und das Merkmal registergenau zueinander ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper so hergestellt wird, dass im Innern eine Grenzschicht zwischen einem ersten Kunststoffmaterial mit einem ersten Brechungsindex n₁ und einem zweiten Kunststoffmaterial (11) mit einem von dem ersten Brechungsindex n₁ verschiedenen zweiten Brechungsindex n₂ mit einem von einer ebenen Fläche abweichenden Grenzschichtreliefstruktur (5) strukturiert und registergenau mit dem Merkmal und der Oberflächenreliefstruktur (75) ausgerichtet wird, dass eine Verifikation des Merkmals (61) mittels einer aus einer Kombination der Oberflächenreliefstruktur (75) und der Grenzschichtreliefstruktur (5) ausgebildeten optischen Struktur verifizierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Merkmal (61) mit Informationsbestandteilen in Form von Symbolen und/der Zeichen ausgebildet wird, deren Größe im Mikrometerbereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzschicht mit der Grenzschichtreliefstruktur (5) im Innern des Verbundkörpers (100) ausgebildet wird, indem in eine Substratschicht aus dem ersten Kunststoffmaterial mit dem ersten Brechungsindex n₁ eine die Grenzschichtreliefstruktur festlegende Reliefstruktur (5) eingebracht wird, diese Reliefstruktur (5) mit dem zweiten Kunststoffmaterial (11) überlagert wird, welches den von dem ersten Brechungsindex n₁ abweichenden zweiten Brechungsindex n₂ aufweist, und das zweite Kunststoffmaterial und die Substratschicht (1) gegebenenfalls mit weiteren Substratschichten (21, 31) zu einem den Sicherheitsverbundkörper (100) ausbildenden Verbundkörper zusammengefügt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper mit einem Durchsichtfenster (99) im Bereich des Merkmals (61) und der dazu im Register ausgerichteten Grenzschichtreliefstruktur (5) und der Oberflächenreliefstruktur (75) ausgebildet wird, und das Merkmal so ausgestaltet wird, dass bei einer Betrachtung des Merkmals (61) durch die Oberflächenreliefstruktur (75) und die im Innern des Verbundköpers ausgebildete Grenzschichtreliefstruktur (5) mindestens ein Informationsgehalt des Merkmals für einen menschlichen Betrachter ohne ein eine Abbildungsoptik enthaltene Hilfsmittel erfassbar ist, der bei einer Betrachtung des Merkmal durch die der mit der Oberflächenreliefstruktur versehenen Seite gegenüberliegenden Seite des Verbundkörpers ohne ein eine Abbildungsoptik enthaltendes Hilfsmittel nicht erfassbar ist.