DE102013225514A1

DE102013225514A1 - Sicherheitselement und Verifikationsverfahren mit einem anregungsabhängigen optischen Effekt im nicht sichtbaren Wellenlängenbereich

Info

Publication number: DE102013225514A1
Application number: DE102013225514.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Trölenberg; Jörg Fischer
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-06-11
Also published as: EP3079918A2; WO2015086709A2; WO2015086709A3; EP3079918B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement (110) umfassend eine Substratschicht und eine auf der Substratschicht ausgebildete Sicherheitsstruktur (115), die mit einer Strukturfarbe (210) ausgebildet ist, welche Mikrokapseln (10) umfasst, in welchen kolloidale Teilchen (13) enthalten sind, die mittels einer Strukturanregung, welche ein Ausbilden eines elektrischen oder/und magnetischen Felds umfasst, zueinander in einer kristallartigen Struktur anordenbar oder/und umordenbar sind, wobei die kristallartige Struktur (15) über die Strukturanregung beeinflussbare und/oder einstellbare Reflexions- und/oder Transmissionseigenschaften für Licht aufweist, wobei die Mikrokapseln (10) im nicht-strukturangeregten Zustand für mindestens eine Wellenlänge im nicht sichtbaren Wellenlängenbereich ein gesteigertes Transmissionsvermögen und ein reduziertes Reflexionsvermögen aufweisen und die Mikrokapseln (10) im strukturangeregten Zustand, in dem im Bereich der Mikrokapseln (10) ein über die Strukturanregung erzeugtes elektrisches und/der ein magnetisches Feld existieren, ein im Vergleich zum nichtstrukturangeregten Zustand ein reduziertes Transmissionsvermögen und ein gesteigertes Reflexionsvermögen aufweisen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verifikationsverfahren.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Sicherheitselement mit einem von einer Anregung abhängigen optischen Effekt im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich, wobei die Anregung keine Einstrahlung von Licht ist, sowie ein Verfahren zum Verifizieren eines solchen Sicherheitselements.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sicherheits- und Wertdokumenten mit Sicherheitsmerkmalen und Sicherheitselementen bekannt, die einen optischen Effekt bei der Wechselwirkung mit Licht im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich zeigen. So sind optische Elemente in Form von Hologrammen bekannt, die eine Beugung nur mit Licht im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich, beispielsweise dem IR-Wellenlängenbereich aufweisen. Andere Sicherheitselemente zeigen eine wellenlängenabhängige Transmission oder Reflexion.
Aus der DE 10 2008 020 769 B3 ist ein elektrisch stimulierbares Sicherheitselement bekannt. Das vorgeschlagene Sicherheitselement umfasst ein Aufzeichnungsmaterial, in dem mindestens ein Volumenhologramm gespeichert ist, und mindestens zwei voneinander getrennt ausgebildete Elektroden, an die eine Spannung anlegbar ist und/oder die mit Ladung beaufschlagbar sind, wobei die mindestens zwei Elektroden und das Aufzeichnungsmaterial so ausgebildet und zueinander angeordnet sind, dass bei einem Anlegen der Spannung und/oder einer Beaufschlagung mit Ladungen zumindest eine lokale mechanische Veränderung, insbesondere Verformung, des Aufzeichnungsmaterials eintritt, so dass eine Rekonstruktion des Volumenhologramms zumindest lokal verändert ist, wobei mindestens ein elastisches Element zwischen dem Aufzeichnungsmaterial und einer der mindestens zwei Elektroden angeordnet ist. Die Druckschrift zeigt somit ein elektrisch stimulierbares Volumenhologramm. Über eine elektrische Spannung kann ein optischer Effekt beeinflusst werden. Bei einer Verifikation wird beispielsweise ein Auftreten einer Störung der Rekonstruktion des Hologramms abhängig von der angelegten Spannung geprüft.
Aus der EP 2 463 111 sind Druckfarben bekannt, deren Farbeindruck über in einer Farbe enthaltene Mikroteilchen herbeigeführt wird, die zueinander ausgerichtet und in einer Kristallstruktur angeordnet sind. Dort sind Druckfarben beschrieben, die in einem Druckmedium eine Vielzahl von Teilchen aufweisen, die in dem Medium dispergiert sind und elektrische oder magnetische Eigenschaften aufweisen, sodass diese bei Anwendung eines elektrischen oder magnetischen Felds sich zueinander in einer Kristallstruktur ausrichten. Diese Kristallstruktur sorgt dafür, dass sich Licht einer bestimmten Wellenlänge nur entlang bestimmter Richtungen oder gar nicht in der Kristallstruktur ausbreiten kann und entsprechend reflektiert wird. Hierüber wird ein Farbeindruck aufgrund des wellenlängenselektiv reflektierten Lichts hervorgerufen. Im Gegensatz zu einer Körperfarbe kann hier von einer Strukturfarbe gesprochen werden, da eine geometrische Anordnung der kolloidalen Teilchen für die Ausprägung der Farbe verantwortlich ist. Bekannt ist eine Verwendung solche Strukturfarben zum Herstellen von Gegenständen, deren Farbeindruck auf einen menschlichen Betrachter einfach veränderbar ist.
Es ist ein allgemeines Bestreben, Sicherheitsdokumente in der Weise fortzubilden, dass diese Sicherheitselemente und Merkmale enthalten, welche für Fälscher schwerer nachzuahmen und/oder zu manipulieren sind.
Der Erfindung liegt daher die technische Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Sicherheitselement und ein Verfahren zu schaffen, mit dem auf einfache Weise das Sicherheitselement verifizierbar ist.
Die Erfindung wird durch ein Sicherheitselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verifikationsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Strukturfarben, welche über einen optischen Effekt ähnlich dem eines photonischen Kristalls verfügen, weiterzubilden und hiermit Sicherheitselemente, insbesondere für Wert- oder Sicherheitsdokumente, zu schaffen. Insbesondere werden die Eigenschaften der kolloidalen Teilchen so angepasst, dass die optische Wechselwirkung im strukturangeregten Zustand der Strukturfarbe mit Licht im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich erfolgt. Insbesondere eine Größe der kolloidalen Nanoteilchen wird angepasst, so dass bei einem Ausbilden eines geeigneten elektrischen oder magnetischen Felds im Bereich der verdruckten Strukturfarbe eine Kristallgitterstruktur entsteht, welche eine Wechselwirkung mit Licht im UV-Wellenlängenbereich oder im IR-Wellenlängenbereich zeigt, jedoch seinen sichtbaren Eindruck im sichtbaren Wellenlängenbereich nicht verändert.
Man erhält hierdurch ein Sicherheitselement, welches nur mit Licht im nicht sichtbaren Wellenlängenbereich nachweisbar ist und zusätzlich von einer Anregung mit einem elektrischen oder magnetischen Feld abhängig ist. Der Aufwand, ein solches Sicherheitselement herzustellen, ist deutlich gesteigert, sodass eine Fälschung erschwert wird. Das Sicherheitselement ist maschinenlesbar und visuell nicht erkennbar. Von Fälschern werden solche „verdeckten“, nicht sofort sichtbaren Sicherheitselemente leicht „übersehen“, sodass Fälschungen an dem Fehlen des entsprechenden Sicherheitselements und dem Fehlen des damit verknüpften Effekts bei einer Verifikation, z.B. an einer Grenzübergangsstelle, leicht erkannt werden können.
Geschaffen wird somit ein neuartiges Sicherheitselement, welches mit einem neuartigen Verifikationsverfahren auf ein Vorhandensein und dessen Unversehrtheit überprüft werden kann.
Definition
Merkmale, welche für eine Verifikation genutzt werden können und somit eine Absicherung gegenüber einem unautorisierten Duplizieren oder Herstellen, einem Verfälschen oder Ähnlichem bieten, werden als Sicherheitsmerkmale bezeichnet.
Entitäten, welche mindestens ein Sicherheitsmerkmal aufweisen, werden als Sicherheitselement bezeichnet. Somit ist jeder körperlich ausgebildete Gegenstand, der mindestens ein Sicherheitsmerkmal umfasst, ein Sicherheitselement.
Dokumente, welche mindestens ein Sicherheitsmerkmal aufweisen, werden als Sicherheitsdokumente bezeichnet. Sicherheitsdokumente umfassen u.a. Ausweise, Führerscheine, Identitätskarten, aber auch Banknoten, Postwertzeichen, Visa sowie gegenüber Fälschung gesicherten Etiketten und Verkackungen, Eintrittskarten oder Ähnliches.
Wertdokumente sind Sicherheitsdokumente, denen ein Wert zugeordnet ist, z.B. Banknoten, Postwertzeichen etc.
Pigmente, welche infolge einer Anregung, beispielsweise einer Einstrahlung von UV-Licht, Emission von Licht zeigen, werden als Lumineszenzpigment bezeichnet. Die durch die Anregung verursachte Emission wird als Lumineszenz bezeichnet, die Anregung als Lumineszenzanregung.
Eine Zubereitung, welche zum Drucken von Informationen verwendet werden kann, wird auch als Tinte oder Druckfarbe bezeichnet.
Eine Zubereitung, deren im verdruckten Zustand hervorgerufener Farbeindruck durch Pigmente hervorgerufen wird, welche bestimmte Wellenlängen des Lichts unabhängig von Umgebungsbedingungen und/oder einer Anregung absorbieren und/oder remittieren/reflektieren, werden als Körperfarben bezeichnet.
Druckzubereitungen bzw. Druckfarben oder Tinten, deren Farbeindruck im verdruckten Zustand dadurch hervorgerufen wird, dass eine Vielzahl von Teilchen in einer kristallartigen regelmäßigen Struktur angeordnet sind, sodass eine Lichtausbreitung einzelner Wellenlängen durch die Kristallstruktur nur in bestimmten Richtungen oder gar nicht möglich ist und hierüber ein Farbeindruck hervorgerufen wird, werden als Strukturfarben bezeichnet.
Eine Farbe von Licht ist durch eine Welllänge des Lichts festgelegt. Eine solche Farbe nennt man auch Spektralfarbe, da diese beim Zerlegen einer Strahlung, welche Licht eines kontinuierlichen Wellenlängenspektrums aufweist, in wellenlängenselektive Komponenten, diese Komponente jeweils einen für die selektierte Wellenlänge charakteristischen Farbeindruck hervorrufen. Obwohl der sichtbare Wellenlängenbereich nur die Wellenlänge von etwa 380 nm bis 780 nm umfasst, also nur Wellenlängen aus diesem Bereich bei einem menschlichen Betrachter einen Farbeindruck hervorrufen, wird hier davon ausgegangen, dass auch Licht im UV-Wellenlängenbereich mit Wellenlängen kleiner 380 nm oder im IR-Wellenlängenbereich mit Wellenlängen größer 780 nm eine Farbe aufweist, die mit der jeweiligen Wellenlänge korrespondiert.
Der nicht sichtbare Wellenlängenbereich umfasst UV-Licht mit Wellenlängen kleiner 380 nm und IR-Licht mit Wellenlängen größer 780 nm. Ausschlaggebend ist, dass Licht dieser Wellenlängen für den Menschen optisch nicht wahrnehmbar ist.
Besonders bevorzugte Wellenlängenbereiche des nicht sichtbaren Wellenlängenbereichs umfassen die Wellenlängen 190 nm bis 380 nm und 780 nm bis 1100 nm. Das Licht dieser bevorzugten Bereiche kann mit Halbleiterdetektoren auf Siliziumbasis einfach nachgewiesen werden. Somit können CMOS- und CCD-Sensoren für den Nachweis von nicht sichtbarem Licht in den bevorzugten Wellenlängenbereichen zwischen 190 nm und 380 nm bzw. 780 nm und 1100 nm eingesetzt werden.
Als weißes Licht wird hier eine elektromagnetische breitbandige Strahlung mit einem kontinuierlichen Wellenlängenspektrum angesehen, welches auch den infraroten Wellenlängenbereich und den UV-Wellenlängenbereich umfasst.
Aus dem Stand der Technik, insbesondere der EP 2 463 111 A2 sind Druckzubereitungen bekannt, welche Strukturfarben sind. Dort sind Druckzubereitungen beschrieben, welche eine Vielzahl von Nano- oder Mikroteilchen umfasst, die elektrische oder magnetische Eigenschaften aufweisen, welche sich in einem elektrischen oder magnetischen Feld relativ zueinander in einer kristallartigen regelmäßigen Struktur anordnen. Dort ist beschrieben, dass die kristallartigen Strukturen photonische Kristalle sein können. Ein photonischer Kristall ist eine regelmäßige periodische Struktur, welche aufgrund quantenmechanischer Effekte eine Lichtausbreitung für einzelne oder eine Mehrzahl von Wellenlängen begünstigt oder unterbindet. Hierdurch entsteht ein Farbeindruck des entsprechenden photonischen Kristalls.
Strukturfarben, die bei einer Anregung einen veränderten Farbeindruck aufweisen, sind ebenfalls in der EP 2 463 111 A2 beschrieben. Diese können so ausgebildet sein, dass die Druckzubereitung Mikrokapseln umfasst, welche ein Substrat oder Medium einschließen, in welchem wiederum eine Vielzahl kolloidaler Teilchen angeordnet ist, welche eine elektrische oder magnetische Eigenschaft aufweisen und sich in einem elektrischen oder magnetischen Feld relativ zueinander zu einem Kristall oder einer kristallartigen Struktur anordnen. Dort ist beschrieben, dass die kolloidalen Teilchen beispielsweise geladene Teilchen sein können, welche beispielsweise Aluminium, Kupfer, Silber, Zinn, Titan, Wolfram, Zirkon, Zink, Silizium, Eisen, Nickel, Kobold oder Ähnliches umfassen. Die Teilchen können ferner eine Substanz aufweisen, welche ein Polymermaterial enthält, beispielsweise Polystyren (PS), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen Terephthalat (PET) usw. Gemäß anderen Ausführungen können nicht geladene Teilchen mit einem geladenen Material beschichtet sein. Beispielsweise können Teilchen mit metallanorganischen Oxiden wie Siliziumoxid SiO_x, Titanoxid TiO_x usw. beschichtet sein. Aber auch mit Polymermaterialen beschichtete, mit Ionenaustauschharzen beschichtete Teilchen und viele mehr können verwendet werden. In der EP 2 463 111 A2 ist eine Vielzahl von beispielhaften Ausführungen beschrieben.
Als feldfrei wird ein Raum bezeichnet, in dem weder ein elektrisches noch ein magnetisches Feld vorhanden sind. Im Sinne der hier beschriebenen Gegenstände wird darunter das Nichtvorhandensein eines äußeren gezielt eingestellten elektrischen oder magnetischen Felds verstanden. Ein Feld, welches durch intrinsisch in einem Gegenstand vorhandene magnetische Teilchen oder elektrisch geladenen Teilchen verursacht wird, wird hierbei unbetrachtet gelassen. Ebenso wird die durch das Erdmagnetfeld verursachte magnetische Feldstärke als unbeachtlich angesehen, so dass ein Raum trotz des vorhandenen Erdmagnetfelds feldfrei ist, wenn kein zusätzliches magnetisches Feld in dem Raum vorhanden ist. Bei einem Anlegen einer Spannung an Elektroden eines zur Ausbildung eines Feldes in dem Gegenstand, wird dieses Feld nicht als intrinsisch angesehen.
Wird die Ausrichtung der kolloidalen Teilchen nur durch das elektrische Feld herbeigeführt, so wird der Raum als feldfrei angesehen, wenn kein elektrisches Feld vorhanden ist, selbst dann, wenn beispielsweise ein magnetisches Feld anliegt, um ein magnetorheologisches Fluid in dem Raum hinsichtlich seiner Viskosität zu beeinflussen.
Analoges gilt für den Fall, dass ein magnetisches Feld zum Ausrichten der kolloidalen Teilchen verwendet wird und ein elektrisches Feld zum Steuern der Viskosität eines elektrorheologischen Fluids genutzt wird. Der Raum ist dann feldfrei, wenn kein „äußeres“ Magnetfeld mit einer Feldstärke in dem Raum existiert, die größer als die Feldstärke des Erdmagnetfelds ist.
Eine Feldstärke, welche eine Strukturanregung bewirkt, wird mit E_SA bezeichnet. Ein nachgestellter Klammerausdruck (λ = λ_IR) oder (λ = λ_UV) drückt aus, dass die Strukturanregung in der Strukturfarbe eine Beeinflussung von Licht mit der Wellenlänge λ bewirkt. Beispielsweise drückt E_SA(λ = λ_UV) aus, dass die Strukturanregung bewirkt, dass die Strukturfarbe Licht im UV-Bereich beeinflusst. E_SA(λ = λ_IR) gibt an, dass die Strukturanregung bewirkt, dass die Strukturfarbe Licht mit einer Wellenlänge λ_IR im infraroten Wellenlängenbereich beeinflusst.
Druckzubereitungen bzw. Druckfarben oder Tinten, die bei einer Lumineszenzanregung, insbesondere eine Einstrahlung von UV-Licht, eine Emission von Licht, d.h. eine Lumineszenz, zeigen, werden als Lumineszenzfarben bezeichnet.
Als ein zeitaufgelöstes Erfassen eines Messwerts oder einer Größe wird das Erfassen dieses Messwerts oder dieser Größe zu unterschiedlichen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten verstanden.
Bevorzugte Ausführungsformen
Das erfindungsgemäße Sicherheitselement mit anregungsabhängiger Wechselwinkung mit Licht im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich umfasst:
eine Substratschicht, und
eine auf der Substratschicht ausgebildete Sicherheitsstruktur, die mit einer Strukturfarbe ausgebildet ist, welche Mikrokapseln umfasst, in welchen kolloidale Teilchen enthalten sind, die mittels einer Strukturanregung, welche ein Ausbilden eines elektrischen oder/und magnetischen Felds umfasst, zueinander in einer kristallartigen Struktur anordenbar oder/und umordenbar sind, wobei die kristallartige Struktur über die Strukturanregung beeinflussbare und/oder einstellbare Reflexions- und/oder Transmissionseigenschaften für Licht aufweist, wobei die Mikrokapseln im nicht-strukturangeregten Zustand für mindestens eine Wellenlänge im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich ein gesteigertes Transmissionsvermögen und ein reduziertes Reflexionsvermögen aufweisen und die Mikrokapseln im strukturangeregten Zustand, in dem im Bereich der Mikrokapseln ein über die Strukturanregung erzeugtes elektrisches und/der ein magnetisches Feld existieren, im Vergleich zum nicht-strukturangeregten Zustand ein reduziertes Transmissionsvermögen und ein gesteigertes Reflexionsvermögen aufweisen.
Ein Verfahren zu zum Verifizieren eines Sicherheitselements, insbesondere eines Sicherheitselements in einem Sicherheitsdokument, wobei das Sicherheitselement eine mit einer Strukturfarbe ausgebildete Sicherheitsstruktur umfasst, und wobei die Strukturfarbe Mikrokapseln umfasst, in welchen kolloidale Teilchen enthalten sind, die mittels einer Strukturanregung, welche ein Ausbilden eines elektrischen oder/und magnetischen Felds umfasst, zueinander in einer kristallartigen Struktur anordenbar oder/und umordenbar sind, wobei die kristallartige Struktur über die Strukturanregung beeinflussbare und/oder einstellbare Reflexions- und/oder Transmissionseigenschaften für Licht aufweist, umfasst die Schritte:

a) Herbeiführen des strukturangeregten Zustands des Sicherheitselements über ein Ausbilden eine elektrischen und/oder magnetischen Felds im Bereich des Sicherheitselements,
b) Einstrahlen von Licht mit einer Wellenlänge, die im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich liegt, auf das Sicherheitselement, während das Sicherheitselement in dem strukturangeregten Zustand ist, und
c) Erfassen einer Intensität des an dem Sicherheitselement reflektierten Lichts der einen Wellenlänge und/oder einer Intensität des durch das Sicherheitselement transmittierten Lichts der einen Wellenlänge, jeweils während das Sicherheitselement in dem strukturangeregten Zustand ist, und
d) Vergleichen der erfassten reflektierten Intensität im strukturangeregten Zustand mit einer erwarteten Reflexionsintensität und/oder Vergleichen der erfassten transmittierten Intensität im strukturangeregten Zustand mit einer erwarteten Transmissionsintensität der einen Wellenlänge;
e) Verifizieren des Sicherheitselements als echt, wenn die im strukturangeregten Zustand erfasste reflektierte Intensität größer der erwarteten Reflexionsintensität ist und/oder die im strukturangeregten Zustand erfasste transmittierte Intensität kleiner der erwarteten Transmissionsintensität ist.

Geschaffen wird somit ein Sicherheitselement, welches besonders für Sicherheitsdokumente und Wertdokumente geeignet ist, und ein verdecktes Sicherheitsmerkmal in der Weise darstellt, dass es ohne technische Hilfsmittel nicht erkennbar ist. In der Regel ist nicht einmal eine Existenz des Sicherheitselements erkennbar. Eine Verifikation kann einfach mit einer geeigneten Lichtquelle, welche Licht im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich emittiert, und einer Erfassungsvorrichtung, welche Licht der entsprechenden Wellenlänge erfassen kann, und einer Felderzeugungseinrichtung für die Strukturanregung erfolgen.
In der einfachsten Ausführungsform wird nur die Existenz einer erhöhten Reflexion der nicht sichtbaren Lichtstrahlung in Reflexion oder einer verringerten Transmission jeweils im angeregten Zustand des Sicherheitselements überprüft. Eine Prüfung der erhöhten Reflexion oder überhaupt auftretenden Reflexion des nicht sichtbaren Lichts wird bevorzugt, da eine gesteigerte Absorption im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich auch aus anderen Gründen in einem Sicherheitselement auftreten kann, so dass für eine abgesenkte oder niedrige Transmission des nicht-sichtbaren Lichts auch andere Ursachen vorliegen können. Als erwartete Reflexionsintensität kann ein kleiner Anteil der eingestrahlten Lichtintensität gewählt werden, da eine Reflexion von Licht im nicht sichtbaren Wellenlängenbereich an einem physisch ausgebildeten Sicherheitselement oder Sicherheitsdokument in der Regel nicht stattfindet. Beispielsweise kann für die erwartete Reflexion ein Wert von 10% der eingestrahlten Intensität angesetzt werden. Es kann jedoch auch ein Wert von 30%, 50% oder sogar 80 % festgelegt werden. Dieses ist unter anderem abhängig von der Schichtdicke der Sicherheitsstruktur, d.h. der verdruckten Strukturfarbmenge pro Fläche und der Konzentration der Mikrokapseln in der Strukturfarbe.
Für die erwartete Transmissionsintensität kann ein Transmissionswert von 70 % oder 50% oder sogar 30% festgelegt werden.
Eine sehr viel zuverlässigere Verifikation einmöglicht eine Ausführungsform, bei der zusätzlich der nicht-strukturangeregte Zustand des Sicherheitselements herbeigeführt wird, und während das Sicherheitselement im nicht-strukturangergeten Zustand ist, Licht mit der einen Wellenlänge auf das Sicherheitselement eingestrahlt wird und während das Sicherheitselement in dem nicht-strukturangeregten Zustand ist, die Intensität des an dem Sicherheitselement reflektierten Lichts der einen Wellenlänge erfasst wird und/oder die Intensität des durch das Sicherheitselement transmittierten Lichts der einen Wellenlänge erfasst wird, und die im nicht-strukturangeregten Zustand erfasste reflektierte Intensität als erwartete Reflexionsintensität verwendet wird und/oder die im nicht-strukturangeregten Zustand erfasste transmittierte Intensität als erwartete Transmissionsintensität verwendet wird, wobei das Sicherheitselement nur als echt verifiziert wird, wenn die im strukturangeregten Zustand erfasste reflektierte Intensität größer als die erwartete Reflexionsintensität ist und/oder die im strukturangeregten Zustand erfasste transmittierte Intensität kleiner als die erwartete Transmissionsintensität ist. Bei einer solchen Ausführungsform wird eindeutig der Effekt der Strukturanregung auf die Wechselwirkung mit dem nichtsichtbaren Licht nachgewiesen.
Zum Herbeiführen des nicht-angeregten Zustands wird eine Feldfreiheit in einem Raumbereich hergestellt, in dem sich das Sicherheitselement befindet. Dieses kann beispielsweise über ein Unterbrechen eines Stromflusses durch eine Spule oder andere Induktivität erfolgen, die ein magnetisches Feld im Bereich des Sicherheitsmerkmals als Strukturanregung erzeugt. Andernfalls kann alternativ oder zusätzlich eine Spannung auf null gesetzt werden, um ein elektrisches Feld, welches von einer oder zwei Elektroden verursacht ist, zu „entfernen“.
Das Herbeiführen des strukturangeregten Zustands umfasst hingegen bei einer Ausführungsform das Erzeugen eines magnetischen und/oder elektrischen Felds in dem Raumbereich, in dem sich das Sicherheitselement befindet. Angrenzend an den Raum können Elektroden angeordnet sein, so dass über ein Anlegen einer Spannung ein elektrisches Feld in dem Sicherheitselement und in den Mikrokapseln erzeugt wird. Bei einigen Ausführungsformen sind die Elektroden in einem Sicherheitsdokument angrenzend an das Sicherheitselement bereits angeordnet und integriert. Über ein Anlegen einer Spannung an Kontakte, die mit den Elektroden verbunden sind, kann dann ein elektrisches Feld zuverlässig erzeugt werden. Ein magnetisches Feld kann über eine Spulenstruktur erzeugt werden. Beispielsweise können spiralförmige Leiterstrukturen in einem Sicherheitsdokument ausgebildet werden, die das Sicherheitselement umgeben. Über an eine Oberfläche des Sicherheitsdokuments geführte Kontakte kann dann ein Strom in die spiralförmige leifähige Struktur eingespeist werden, was ein magnetisches Feld erzeugt.
Das elektrische und/oder magnetische Feld können jedoch auch über externe nicht mit dem Sicherheitselement gekoppelte Strukturen erzeugt werden. Das magnetische Feld kann beispielsweise mittels eines Annäherns eines Permanentmagneten an das Sicherheitselement erhöht werden. Über ein Entfernen des Permanentmagneten kann eine Feldfreiheit in dem Sicherheitselement erzeugt werden. Besonders bevorzugt sind Magnete in Mobiltelefonen, da diese für die vergleichsweise kompakte Bauweise starke magnetische Felder erzeugen und überall vorhandnen und verfügbar sind.
Bei einer Ausführungsform wird eine Wellenlänge im UV-Wellenlängenbereich als die eine Wellenlänge gewählt und beim Einstrahlen von Licht der einen Wellenlänge UV-Licht eingestrahlt. Bei einer Ausführungsform des Sicherheitselements weist die Strukturfarbe im nicht-strukturangeregten Zustand das gesteigerte Transmissionsvermögen und das reduzierte Reflexionsvermögen für mindestens eine Wellenlänge im UV-Wellenlängenbereich auf und existiert im strukturangeregten Zustand das reduzierte Transmissionsvermögen und das gesteigerte Reflexionsvermögen für diese mindestens eine Wellenlänge im UV-Wellenlängenbereich.
Alternativ wird bei einer anderen Ausführungsform die eine Wellenlänge im IR-Wellenlängenbereich gewählt und beim Einstrahlen von Licht der einen Wellenlänge IR-Licht eingestrahlt. Ein Sicherheitselement ist entsprechend so ausgebildet, dass die Strukturfarbe im nicht-strukturangeregten Zustand das gesteigerte Transmissionsvermögen und das reduzierte Reflexionsvermögen für mindestens eine Wellenlänge im IR-Wellenlängenbereich aufweist und im strukturangeregten Zustand das reduzierte Transmissionsvermögen und das gesteigerte Reflexionsvermögen für diese mindestens eine Wellenlänge im IR-Wellenlängenbereich existiert.
Um sicherzustellen, dass das nachgewiesene erfasste Licht mit der eingestrahlten Wellenlänge korrespondiert, ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass eine Filterung des reflektierten und/oder transmittierten Lichts ausgeführt wird, um die eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich, der die eine Wellenlänge umfasst, zu selektieren. Ein solcher Filter ist zwischen dem Sicherheitselement und der Erfassungseinrichtung angeordnet. Eine Photolumineszenz, die durch eine UV-oder IR-Einstrahlung verursacht ist, lässt sich dann von der Reflexion der UV- oder IR-Strahlung unterscheiden. Das Lumineszenzlicht wird von dem Filter blockiert und kann so die Transmissions- oder Reflexionsmessung nicht verfälschen. Insbesondere bei der Verifikation, bei der die Reflexionsintensität im nicht nicht-angeregten Zustand erfasst wird, ist eine solche Selektion vorteilhaft, um die erfolgte UV- oder IR-Reflexion von einer ausgelösten Lumineszenz zu unterscheiden.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird während des Herbeiführens des angeregten Zustands, eine elektrische und/oder magnetische Feldstärke in dem Raumbereich, in dem sich das Sicherheitselement befindet, verändert, und ein Erfassen der Intensität des an dem Sicherheitselement reflektierten Lichts der einen Wellenlänge und/oder der Intensität des durch das Sicherheitselement transmittierten Lichts der einen Wellenlänge mehrfach ausgeführt und eine Abhängigkeit der erfassten Intensitäten des reflektierten Lichts der einen Wellenlänge von der elektrischen und/oder magnetischen Feldstärke mit einer erwarteten Reflexionsintensitätsabhängigkeit und/oder eine Abhängigkeit der erfassten Intensitäten des transmittierten Lichts der einen Wellenlänge von der elektrischen und/oder magnetischen Feldstärke jeweils mit einer erwarteten Transmissionsintensitätsabhängigkeit vergleichen und das Sicherheitselement nur als echt verifiziert, wenn die Abhängigkeit der erfassten reflektierten Intensitäten mit der erwarteten Reflexionsintensitätsabhängigkeit und/oder die Abhängigkeit der erfassten transmittierten Intensitäten mit der erwarteten Transmissionsintensitätsabhängigkeit übereinstimmen. Diese Weiterbildung ermöglicht es auch die „optimale“ Feldstärke des elektrischen und oder magnetischen Felds empirisch aufzufinden, bei der eine maximale Wechselwirkung, d.h. eine maximale Reflexion an dem Sicherheitselement und/oder eine minimale Transmission des Lichts der einen nicht-sichtbaren Wellenlänge eintritt.
Eine Mehrfacherfassung der Intensitäten während des Herbeiführens kann auch nur vorgenommen werden, um die korrekte Strukturanregung empirisch zu vermitteln, ohne die Intensitätsabhängigkeit für die Verifikation auszuwerten.
Als Auftreffwinkel wird vorzugsweise ein Winkel im Bereich zwischen 10° und 40°, gemessen gegen eine Oberflächennormale des Substrats des Sicherheitselements, gewählt. Insbesondere bei Ausführungsformen, bei denen die kolloidalen Teilchen sich im strukturangeregten Zustand nicht zu einer Gitterstruktur anordnen, die das Licht der einen sichtbaren Wellelänge unter allen Auftreffwinkeln reflektiert, kann auch eine Winkelabhängigkeit der beobachteten reflektierten Intensität oder der transmittierten Intensität bei der mindestens einen Wellenlänge im strukturangeregten Zustand beobachtet werden.
Wird die Sicherheitsstruktur des Sicherheitselements lateral strukturiert, beispielsweise in der Weise, dass mit der Strukturfarbe alphanumerische Zeichen, Piktogramme oder Ähnliches auf die Substratschicht gedruckt sind und so eine Information kodiert ist, so ist bei einer ortsaufgelösten Erfassung der reflektierten Intensität und/oder transmittierten Intensität abhängig von der Strukturanregung, die durch die Strukturierung gespeicherte Information im nicht strukturangeregten Zustand verborgen und im strukturangeregten Zustand erfassbar.
Bevorzugt ist das Sicherheitselement und auch ein Sicherheitsdokument für die eine Wellenlänge im nicht-strukturangeregten Zustand transparent ist. Ein Nachweis nichtsichtbaren transmittierten oder reflektierten Lichts kann über eine Substratschicht erfolgen, die Lumineszenzmittel enthält, die mit Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich nicht anregbar sind, jedoch eine Lumineszenz bei Bestrahlung mit dem Licht der einen Wellenlänge im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich zeigen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1a–1c schematische Darstellungen einer Mikrokapsel einer Strukturfarbe zum Erläutern eines Strukturfarbeffekts, abhängig von einer Strukturanregung;
2a–2c eine schematische Darstellung von Mikrokapseln zur Erläuterung eines Strukturfarbeffekts bei einer zweiten Ausführungsform;
3a schematische Draufsichten auf ein Sicherheitsdokument mit einem Sicherheitselement nach einer ersten Ausgestaltung, bei dem eine Strukturfarbe verwendet ist, die Mikrokapseln enthält;
3b eine schematische Schnittansicht eines Sicherheitsdokuments nach 3a;
4a, 4b schematische Darstellungen eines Sicherheitsdokuments ähnlich zu dem nach 3a und 3b während einer Lumineszenzanregung ohne eine Strukturanregung (4a) und mit einer Strukturanregung (4b);
5a bis 5e schematische Darstellungen ähnlich zu denen nach 4a und 4b, welche das optische Verhalten bei unterschiedlichen Anregungsstärken verdeutlichen;
6a eine schematische grafische Darstellung der für die unterschiedlichen Anregungsstärken in den 5a bis 5e erfassten reflektierten Intensitäten;
6b eine schematische grafische Darstellung der für die unterschiedlichen Anregungsstärken in den 5a bis 5e erfassten transmittierten Intensitäten;
7 eine schematische Explosionszeichnung eines Sicherheitsdokuments mit einem Sicherheitselement; und
8 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verifikationsverfahrens.
Anhand der 1a bis 1c und 2a bis 2c soll schematisch die Wirkungsweise von unterschiedlichen Strukturfarben exemplarisch erläutert werden, welche jeweils Mikrokapseln 10 enthalten. Gleiche technische Merkmale sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Eine Strukturfarbe enthält eine Vielzahl solcher Mikrokapseln, die für den Farbeindruck oder die Farbe der Strukturfarbe verantwortlich sind. Die Mikrokapseln 10 weisen jeweils eine Hülle 11 auf, welche eine transparente Substanz 12 mit darin enthaltenen kolloidalen Teilchen, z.B. Nanoteilchen 13, einschließt. Die Hülle 11 ist aus einem transparenten Material gebildet. Die Substanz 12 ist ebenfalls transparent und stellt ein Fluid dar, in dem sich die Nanoteilchen 13 bei den Ausführungsformen nach 1a bis 1c, 2a bis 2c bewegen können. Die Nanoteilchen sind beispielsweise Cluster aus Eisenoxid mit einer geladenen Schicht oder auch Kunststoffnanokügelchen mit einer geladenen Beschichtung. In anderen Ausführungsformen können es auch paramagnetische Teilchen sein. Hinsichtlich konkreter Ausgestaltungen sowohl der Hüllen, der darin enthaltenen Substanzen und der Nanoteilchen wird insbesondere auf die EP 2 463 111 A2 verwiesen. Darüber hinaus sind Strukturfarben, welche solche Mikrokapseln enthalten und zu Farbeindrücken im sichtbaren Wellenlängenbereich führen, auch von der Firma Nanobrick, Gyeonggi-do, Korea zu beziehen.
Bei der Ausführungsform nach 1a bis 1c sind die kolloidalen Nanoteilchen im feldfreien Raum, der in 1a dargestellt ist, unregelmäßig angeordnet. Die Mikrokapseln 10 der kolloidalen Nanoteilchen weisen keine besondere optische Eigenschaft auf, sodass diese den Farbeindruck der Strukturfarbe, in der sie enthalten sind, nicht wesentlich prägen. Diese kann somit beispielsweise als nahezu transparent im verdruckten Zustand angesehen werden. Wird ein elektrisches Feld mit einer Feldstärke E1 angelegt, so richten sich die geladenen Nanoteilchen zueinander aus und bilden eine gitterartige Kristallstruktur 15. Dieses ist in 1b und 1c gezeigt. Da die Nanoteilchen selbst eine Ladung tragen, führt dies zu einer Abstoßung untereinander. Ein Verhältnis der elektrischen Feldstärke E1 bzw. E2 zu der eigenen Abstoßung aufgrund der Ladung bestimmt einen Gitterabstand der Nanoteilchen. Ein weiterer Einflussfaktor ist die Teilchengröße. Soll eine Wechselwirkung mit Licht einer Wellenlänge im UV-Wellenlängenbereich herbeigeführt werden, muss die Teilchengröße entsprechend klein gewählt werden.
Die so gebildete Kristallstruktur weist Eigenschaften eines photonischen Kristalls auf. In diesem ist für einige Wellenlängen eine Propagation nur entlang bestimmter Raumrichtungen möglich. Für andere Wellenlängen ist unter Umständen eine Propagation in keiner Raumrichtung möglich. Dies bedeutet, dass sämtliches Licht dieser Wellenlänge und aus allen Einfallseinrichtungen reflektiert wird. Hierdurch wird die Farbigkeit der Mikrokapsel bedingt. Im dargestellten Beispiel in 1b wird bei der Feldstärke E1 beispielsweise bei einer Beleuchtung mit „weißem“ Licht eines Schwarzkörperstrahlers eine infrarote Wellenlängenkomponente reflektiert. Wird die elektrische Feldstärke gesteigert auf einen Wert E2 > E1, so wird ein Abstand zwischen den Nanoteilchen verringert, da das Verhältnis zwischen der Kraft aufgrund des äußeren elektrischen Feldes und der Abstoßungskraft zwischen den gleichgeladenen Nanoteilchen ein anderes Verhältnis erhält. Hierdurch ändert sich die Kristallstruktur, sodass jetzt beispielsweise aus dem „weißen“ Licht eines Schwarzkörperstrahlers eine UV-Komponente reflektiert wird, sodass die Mikrokapsel für eine Reflexion einen UV-Wellenlängenbereich zeigen und eine „UV-Farbe“ aufweisen. Dieses ist in 1c dargestellt.
In den 2a bis 2c ist eine andere Ausführung von Mikrokapseln 10 schematisch dargestellt. Diese unterscheiden sich dadurch, dass die kolloidalen Teilchen bereits im feldfreien Raum in der Mikrokapsel 10 eine Kristallstruktur 15 aufweisen, sodass aus dem weißen Licht eines Schwarzkörperstrahles beispielsweise eine Farbkomponente des fernen Infrarot (FIR) reflektiert wird. Wird die Feldstärke erhöht, verringert sich der Abstand zwischen den Teilchen im Kristallgitter, sodass jetzt eine Farbkomponente des nahen Infrarot (NIR) reflektiert wird. Wird die Feldstärke weiter erhöht (2c) wird der Gitterabstand noch geringer, sodass nun erneut wieder eine Farbkomponente des nahen Infrarot (NIR) reflektiert wird.
Analog ist dieses auch auf den sichtbaren und UV-Wellenlängenbereich übertragbar.
In 3a ist schematisch die Draufsicht auf ein Sicherheitsdokument 100 gezeigt, auf dem ein Sicherheitselement 110 in Form einer Bedruckung mit einer hier als IR-Strukturfarbe bezeichneten Druckzubereitung als Sicherheitsstruktur aufgebracht ist. Als IR-Strukturfarbe wird eine Druckzubereitung bezeichnet, bei der im strukturangeregten Zustand durch die Mikrokapseln der Strukturfarbe IR-Licht reflektiert wird. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Sicherheitselement mit der Sicherheitsstruktur als rechteckige Bedruckung auf einem Substrat ausgebildet. Es versteht sich, dass jede beliebige Form und Grafik mit der Lumineszenzstrukturfarbe gedruckt werden könnte.
In 3b ist eine Schnittansicht des Sicherheitsdokuments 100 gezeigt. Zu erkennen ist ein Dokumentkörper, welcher aus einer oder mehreren Substratschichten 160 ausgebildet ist. Eine Oberfläche 165 einer der Substratschichten 160 ist mit einer Strukturfarbe 210 bedruckt. Dieses bildet das Sicherheitsmerkmal 110 aus. Hierüber ist noch eine Abdeckschicht 180 angeordnet, welche sowohl für Licht im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich transparent ist. Die Substratschichten 160 können transparent oder opak ausgebildet sein oder beispielsweise auch nur im Bereich, in dem die Oberfläche 165 mit der Strukturfarbe 210 bedruckt ist, ein transparentes Fenster für die das Licht aus dem nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich aufweisen.
In 4a ist links eine schematische Schnittzeichnung eines Sicherheitsdokuments 100 mit einem Sicherheitsmerkmal 110 dargestellt. Das Sicherheitselement 110 umfasst eine Sicherheitsstruktur 115, welche mit einer Strukturfarbe 210 auf eine Oberfläche 165 einer Substratschicht 160 gedruckt ist. In einer Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene weist die Sicherheitsstruktur 115 eine Form eines Buchstaben „A“ auf. Dieses soll andeuten, dass über eine laterale Strukturierung eine Information gespeichert ist. Die Substratschicht 160 ist mit einer Abdeckschicht 180 zu einem Dokumentkörper 150 zusammengefügt. Dieses kann beispielsweise über ein Laminationsverfahren erfolgen.
Verzugsweise ist das Sicherheitsdokument 100 zumindest im Bereich des Sicherheitselements 110 transparent für das Licht mit einer Wellenlänge im nichtsichtbaren Wellenlängenbereich. Soll beispielsweise das Sicherheitselement im strukturangeregten Zustand durch die Strukturfarbe des Sicherheitselements Licht mit einer Wellelänge im UV-Wellenlängenbereich, beispielsweise bei 254 nm reflektieren, so ist es vorteilhaft, wenn zumindest die Materialien des Sicherheitsdokuments 100 bis auf die Strukturfarbe 210 für Licht der nicht-sichtbaren Wellenlänge, beispielsweise für 254 nm, transparent sind. Im nicht-strukturangeregten Zustand ist auch die Strukturfarbe 210 und somit das gesamte Sicherheitselement 110 transparent für UV-Licht mit der Wellenlänge 254 nm. In der dargestellten Ausführungsform ist das gesamte Sicherheitsdokument für die nicht-sichtbare Wellenlänge, hier beispielsweise 254 nm, transparent.
Das Sicherheitsdokument 100 und das Sicherheitselement 110 befinden sich bei der in 4a dargestellten Situation im nicht-strukturangeregten Zustand. Das Sicherheitselement befindet sich in einem feldfreien Raum.
Mit einer UV-Lampe 300 wird Licht 120 einer nicht-sichtbaren Wellenlänge, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 254 nm, auf das Sicherheitselement 110 eingestrahlt. An dem Sicherheitselement 110 reflektiertes Licht 121 der einen Wellelänge des nicht-sichtbaren Wellenlängenbereichs wird optional über einen Filter 311 geführt und dann auf eine Erfassungseinrichtung 321. Die Erfassungseinrichtung 321 kann im einfachsten Fall eine Photodiode sein, welche eine Messempfindlichkeit bei der einen Wellenlänge des eingestrahlten Lichts 120 aufweist. Die Nachweiseinrichtung 321 kann eine nicht dargestellte Abbildungs- oder Sammeloptik aufweisen, um eine Vielzahl von Photonen auf die Photodiode zu lenken. Andere Ausführungsformen können vorsehen, dass eine CCD-Kamera oder Ähnliches verwendet wird, welche ebenfalls eine Messfähigkeit für die eine in dem eine Wellenlänge des eingestrahlten Lichts 120, d.h. die eine Wellenlänge des nicht sichtbaren Wellenlängenbereichs aufweist. Mit einer CCD-Kamera ist eine ortsaufgelöste Erfassung der Intensität möglich.
Die Erfassungseinrichtung kann ferner alternativ oder zusätzlich eine Konversionsschicht aufweisen, welche auftreffendes Licht 121 der einen nicht-sichtbaren Wellenlänge in Licht 331 einer anderen Wellenlänge, vorzugsweise im sichtbaren Wellenlängenbereich, umwandelt. Beispielsweise kann die Konversionsschicht eine Lumineszenzfarbe mit Lumineszenzpigmenten umfassen. Soll wie im beschriebenen Beispiel UV-Licht der Wellenlänge 254 nm nachgewiesen werden, so kann hierdurch das reflektierte UV-Licht 121 in Licht 331 im sichtbaren Wellenlängenbereich gewandelt werden. Dieses kann vom menschlichen Auge oder einer Kamera beispielsweise einer CCD-basierten Kamera erfasst und ausgewertet werden.
Eine in Reflexion erfasste Abbildung 201 zeigt keine reflektiertes Licht 121. Die Intensität des Lichts im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich (oder eine Intensität des hieraus erzeugten sichtbaren Lichts 331) ist jeweils über eine Schraffurdichte angedeutet. Im nicht-strukturangeregten Zustand des Sicherheitselements 110 findet keine Reflexion des eingestrahlten Lichts 120 im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich statt. Eine Kontur 111 der gedruckten Sicherheitsstruktur 115 in Form eines „A“ ist nur zum Andeuten der Position der Sicherheitsstruktur 115 und der Strukturfarbe 210, die die Sicherheitsstruktur 115 ausbildet, eingezeichnet.
Auch in Transmission ist das Sicherheitselement 115 in der Abbildung 202 nicht erkennbar. Auch das transmittierte Licht 122 ist vorzugsweise durch einen Filter 312 auf eine Erfassungseinrichtung 322 geführt. Das oben bezüglich der Erfassung des reflektierten Lichts 121 Ausgeführte gilt analog für die Erfassung des transmittierten Lichts 122. Der Filter 312 und die Erfassungseinrichtung 322 können entsprechend identisch zu dem Filter 311 und der Erfassungseinrichtung 321 sein, wenn die Messung in Reflexion und in Transmission zeitversetzt ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen wird auch nur entweder eine Messung in Reflexion oder in Transmission ausgeführt. Auch in diesem Fall werden jeweils nur ein Filter und eine Erfassungseinrichtung benötigt.
Eine erfasste Abbildung 202 des transmittierten Lichts der nicht-sichtbaren Wellenlänge ist homogen gleich hell. Die Existenz des Sicherheitselements kann nicht bemerkt werden.
In 4b sind das Sicherheitsdokument und die Nachweissituation nach 4a für den Fall dargestellt, dass das Sicherheitselement sich in dem strukturangeregten Zustand befindet. Dieses ist über E-Feld-Pfeile 350 angedeutet. In Reflexion ist in der Abbildung 201 ein leuchtendes „A“ zuerkennen. Im Bereich der Sicherheitsstruktur wird das eingestrahlte UV-Licht 121 reflektiert. Eine Intensität des während der Strukturanregung erfassten reflektierten Lichts ist größer als die Intensität des reflektierten Lichts, das für den nicht-strukturangeregten Zustand der Strukturfarbe 210 der Sicherheitsstruktur 115 erfasst ist.
Analog ist in Transmission die Form „A“ der Sicherheitsstruktur 115 als negativ zu erkennen, d.h., die laterale Form der auf die Oberfläche 165 der Substratschicht 160 aufgedruckten Strukturfarbe 210 ist als dunkles Gebiet vor einem hellen Hintergrund des transmittierten UV-Lichts 122 zu erkennen. Die Strukturfarbe 210 verhindert im strukturangeregten Zustand eine Transmission des eingestrahlten Lichts mit der Wellenlänge 254 nm.
Analog kann das Sicherheitselement für eine Wechselwirkung mit IR-Licht ausgebildet werden. Die Strukturfarbe und deren kolloidale Teilchen sowie die Strukturanregung müssen lediglich entsprechend angepasst werden.
In 5a bis 5e ist die Situation der 4a und 4b für eine Sequenz dargestellt, bei der die Stärke der Strukturanregung gesteigert wird, beispielsweise die elektrische Feldstärke. Für verschieden Anregungsstärken sind jeweils Messungen in Reflexion und in Transmission ausgeführt. Die entsprechenden erfassten Intensitäten des reflektierten nicht-sichtbaren Lichts und des transmittierten nicht-sichtbaren Lichts sind jeweils in ortsaufgelöster Darstellung gezeigt. Eine Stärke der Anregung ist schematisch jeweils über eine Länge der das Feld bewirkenden E-Feldpfeile angedeutet. Die Anregungsfeldstärke nimmt monoton von der Situation der 5a zu der Situation der 5e zu. Bei sehr geringer oder nicht vorhandener Strukturanregung in 5a zeigt sich dasselbe Verhalten wie in 4a. Auch bei einer sehr hohen Strukturanregung, die in 5e dargestellt ist, ist das Sicherheitselement nicht zu erkennen, d.h., es findet keine Reflexion des Lichts mit der nicht-sichtbaren Wellenlänge statt und somit auch keine Abschwächung in Transmission.
Ab einer Anregungsstärke, die in 5b dargestellt ist, wird beispielsweise 30% des eingestrahlten Lichts mit der nicht-sichtbaren Welllänge reflektiert. Die Transmission sinkt auf 70% ab. Bei weiterer Steigerung der Anregungsstärke, was in 5c dargestellt ist, steigt die Reflexion auf ca 90% und sinkt die Transmission auf etwa 10%. In 5d ist die Situation dargestellt, bei der die maximale Reflexion des eingestrahlten Lichts mit der nicht-sichtbaren Wellelänge stattfindet, beispielsweise idealerweise eine Reflexion von 100%. Die Transmission sinkt dann auf 0%.
Die Reflexionsintensität und die Transmissionsintensität sind für einen Ort der Sicherheitsstruktur des Sicherheitselements jeweils schematisch in 6a und 6b grafisch dargestellt. Eine solche Abhängigkeit der Reflexionsintensität von der Strukturanregungsstärke und eine Abhängigkeit der Transmissionsintensität von der Strukturanregungsstärke können ebenfalls zur Verifikation des Sicherheitselements herangezogen werden. Nur wenn die Strukturfarbe hinsichtlich ihren Eigenschaften identisch zu einer Strukturfarbe ist, mit der authentische Sicherheitselemente gefertigt werden, ergibt sich dieselbe Abhängigkeit der Reflexion oder Transmission für das Licht einer ausgewählten Wellelänge im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich, wie sie erwartet wird. Das zu den 5a bis 5e beschriebene Vorgehen kann auch gewählt werden, um die optimale Strukturanregung aufzufinden.
In 7 ist schematisch eine Explosionszeichnung eines Sicherheitsdokuments dargestellt. Das Sicherheitsdokument 30 umfasst insgesamt fünf Substratschichten 31–35 in der dargestellten Ausführungsform. Lediglich die obersten beiden Substratschichten 31, 32 müssen für Licht einer nicht-sichtbaren Welllänge transparent ausgebildet sein, um Reflexion an der strukturangeregten Sicherheitsstruktur des Sicherheitselements ausführen zu können, welche auf das mittlere Substrat 33 aufgedruckt ist. Auf die an die mittlere Substratschicht 33 angrenzende Substratschichten 32 und 34 ist jeweils eine elektrisch leitfähige flächige oder auch gitterartig ausgebildete Struktur als Elektrode 41, 42 aufgebracht. Beispielsweise kann eine solche Elektrode 41, 42 transparent mittels Zinksulfit ausgebildet werden. Möglich ist jedoch auch, dass die auf der Substratschicht 34 unterhalb der Sicherheitsstruktur 115 angeordnete Elektrode 42 als Metallschicht oder Metallgitter ausgebildet ist. Sind die Gitterlinien fein genug gewählt, kann auch die Elektrode 41 auf der Substratschicht 32 auch mittels metallischer Drähte oder opaker leitfähiger Druckstrukturen in Form eines Gitters ausgebildet werden, das eine hohe Lichttransmission im Bereich von oberhalb 50 % bis vorzugsweise 90 % im sichtbaren Wellenlängenbereich aufweist. Besonders bevorzugt wird jedoch eine transparente Elektrode verwendet. Die Elektroden 41, 42 sind durch die verschiedenen Substratschichten mit Kontakten 51, 52 auf der obersten Substratschicht 31 im zusammengefügten Zustand kontaktiert. Entsprechende Elektroden 53, 54 sind entsprechend mit einer leitfähigen Struktur in Form einer Spule auf der mittleren Substratschicht 33 kontaktiert. Diese umschließt die Sicherheitsstruktur 115. Wird ein Strom durch die Leiterschleife 55 geführt, so entsteht ein Magnetfeld in dem Bereich der Sicherheitsstruktur 115. So können Teilchen, welche paramagnetisch sind, zu einer Kristallstruktur ähnlich wie geladene Teilchen über ein elektrisches Feld ausgerichtet werden.
Die oberste und unterste Substratschicht 31, 35 dienen im Wesentlichen als Schutzschichten. Alle Substratschichten 31, 35 werden vorzugsweise über ein Hochtemperaturlaminationsverfahren zusammengefügt. Es versteht sich, dass zusätzliche weitere Sicherheitsmerkmale in das Sicherheitsdokument 30 in beliebiger Kombination integriert werden können, beispielsweise Sicherheitsdrucke, Hologramme, andere beugende Strukturen, elektronische Schaltungen usw.
In 8 ist schematisch ein Ablaufdiagramm eines Verifikationsverfahrens 500 gezeigt. Zunächst wird ein Sicherheitselement beispielsweise integriert in ein Sicherheitsdokument bereitgestellt 510. Anschließend wird eine Feldfreiheit im Bereich des Sicherheitselements herbeigeführt 520. Anschließend findet eine Einstrahlung von Licht mit einer Wellenlänge im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich 530 statt. Während Einstrahlung des Lichts mit einer Wellenlänge im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich findet eine Erfassung des durch des durch die Sicherheitsstruktur möglicherweise reflektierten und/oder durch die Sicherheitsstruktur transmittierten Lichts mit der Wellenlänge im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich 540 statt. Während der Einstrahlung kann beispielsweise eine ortsaufgelöste Erfassung des reflektierten Lichts der einen Wellenlänge im nichtsichtbaren Wellenlängenbereich 541 erfolgen und/oder eine Erfassung des transmittierten Lichts der einen Wellenlänge im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich 542 oder beides. Anschließend wird eine Strukturanregung ausgeführt 620, beispielsweise durch Erzeugen eines elektrischen Felds im Bereich des Sicherheitselements oder auch eine magnetischen Felds, sodass eine Strukturanregung der Strukturfarbe der Sicherheitsstruktur des Sicherheitselements stattfindet. Erneut findet eine Einstrahlung des Lichts mit einer Wellenlänge im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich 630 und eine Erfassung von Licht der einen Wellenlänge im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich 640 statt. Diese kann eine ortsaufgelöste Erfassung des reflektierten Lichts 641 und/oder eine ortsaufgelöste Erfassung des transmittierten Lichts der einen Wellenlänge im nichtsichtbaren Wellenlängenbereich 642 sein. Die in den Verfahrensschritten 540 und 640 erfasste Intensitäten werden miteinander vergleichen 710. Hierbei dient die im nichtstrukturangeregten Zustand ermittelte Intensität des reflektierten Lichts der Wellenlänge im nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich als erwartete Reflexionsintensität, welche von der Intensität des reflektierten Lichts im strukturangeregten Zustand des Sicherheitselements übertroffen werden muss. Für die Transmission gilt Analoges, wobei die im strukturangeregten Zustand erfasste transmittierte Intensität eine aus der erfassten Intensität des nicht-strukturangeregten Zustands abgeleitete Transmissionsintensität unterschreiten muss, um das Sicherheitselement als echt verifizieren zu können. Anhand des oder der Vergleichsergebnisse wird somit eine Verifikationsentscheidung getroffen 720, die angibt, ob das Sicherheitselement echt ist oder nicht. Abschließend wird die Verifikationsentscheidung ausgegeben 730. Es ergibt sich, dass in einfachen Ausführungsformen nur die Transmission oder die Reflexion ausgewertet werden können. Ferner kann auch auf die Messungen im nicht-strukturangeregten Zustand bei ganz einfachen Ausführungsformen verzichtet werden und als Reflexionsintensität, die im strukturangeregten Zustand übertroffen werden muss, ein Wert vorgegeben werden. Analoges gilt für die zu unterbietende Transmissionsintensität.
Es versteht sich, dass hier lediglich beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind. Die in den unterschiedlichen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale können in beliebiger Kombination zur Verwirklichung der Erfindung kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

10: Mikrokapsel
11: Hülle
12: Substanz
13: kolloidale Teilchen
15: Gitterstruktur
30: Sicherheitsdokument
31–35: Substratschichten
41, 42: Elektroden
51–54: Kontakte
55: Leiterschleife
100: Sicherheitsdokument
110: Sicherheitselement
111: Kontur der Sicherheitsstruktur
115: Sicherheitsstruktur
120: Lumineszenzanregung
121: reflektiertes Licht
122: Transmittiertes Licht
150: Dokumentkörper
160: Substratschichten
165: Oberfläche
180: Abdeckschicht
201: Abbildung (in Reflexion)
202: Abbildung (in Transmission)
210: Strukturfarbe (ohne Lumineszenzpigmente)
300: UV-Lampe
311: Filter
312: Filter
321: Erfassungseinrichtung
322: Erfassungseinrichtung
331: gewandeltes Licht
332: gewandeltes Licht
350: E-Feldpfeil
500–730: Verfahrensschritte
R: Betrachtung in Reflexion/Auflicht
T: Betrachtung in Transmission/Durchlicht
E_SA(λ = λ_IR|λ_UV): (elektrische) Feldstärke der Strukturanregung, welche zu einer Kristallstruktur führt, die Licht der Wellenlänge λ_IR oder λ_UV beeinflusst
λ_IR: Wellelänge des infraroten Lichts
λ_UV: Wellelänge des UV-Lichts

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008020769 B3 [0003]
EP 2463111 [0004]
EP 2463111 A2 [0023, 0024, 0024, 0059]

Claims

Sicherheitselement (110) mit anregungsabhängiger Wechselwinkung mit Licht im nichtsichtbaren Wellenlängenbereich umfassend eine Substratschicht, und eine auf der Substratschicht ausgebildete Sicherheitsstruktur (115), die mit einer Strukturfarbe (210) ausgebildet ist, welche Mikrokapseln (10) umfasst, in welchen kolloidale Teilchen (13) enthalten sind, die mittels einer Strukturanregung, welche ein Ausbilden eines elektrischen oder/und magnetischen Felds umfasst, zueinander in einer kristallartigen Struktur anordenbar oder/und umordenbar sind, wobei die kristallartige Struktur (15) über die Strukturanregung beeinflussbare und/oder einstellbare Reflexions- und/oder Transmissionseigenschaften für Licht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokapseln (10) im nicht-strukturangeregten Zustand für mindestens eine Wellenlänge im nicht sichtbaren Wellenlängenbereich ein gesteigertes Transmissionsvermögen und ein reduziertes Reflexionsvermögen aufweisen und die Mikrokapseln (10) im strukturangeregten Zustand, in dem im Bereich der Mikrokapseln (10) ein über die Strukturanregung erzeugtes elektrisches und/der ein magnetisches Feld existieren, ein im Vergleich zum nicht-strukturangeregten Zustand ein reduziertes Transmissionsvermögen und ein gesteigertes Reflexionsvermögen aufweisen.
Sicherheitselement (110) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturfarbe (210) im nicht-strukturangeregten Zustand das gesteigerte Transmissionsvermögen und das reduzierte Reflexionsvermögen für mindestens eine Wellenlänge im UV-Wellenlängenbereich aufweist und im strukturangeregten Zustand das reduzierte Transmissionsvermögen und das gesteigerte Reflexionsvermögen für diese mindestens eine Wellenlänge im UV-Wellenlängenbereich existiert.
Sicherheitselement (110) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturfarbe (210) im nicht-strukturangeregten Zustand das gesteigerte Transmissionsvermögen und das reduzierte Reflexionsvermögen für mindestens eine Wellenlänge im IR-Wellenlängenbereich aufweist und im strukturangeregten Zustand das reduzierte Transmissionsvermögen und das gesteigerte Reflexionsvermögen für diese mindestens eine Wellenlänge im IR-Wellenlängenbereich existiert.
Verfahren zu zum Verifizieren eines Sicherheitselements (110), welches eine mit einer Strukturfarbe (210) ausgebildete Sicherheitsstruktur (115) umfasst, wobei die Strukturfarbe (210) Mikrokapseln (10) umfasst, in welchen kolloidale Teilchen (13) enthalten sind, die mittels einer Strukturanregung, welche ein Ausbilden eines elektrischen oder/und magnetischen Felds umfasst, zueinander in einer kristallartigen Struktur anordenbar oder/und umordenbar sind, wobei die kristallartige Struktur (15) über die Strukturanregung beeinflussbare und/oder einstellbare Reflexions- und/oder Transmissionseigenschaften für Licht aufweist, umfassend die Schritte: a) Herbeiführen des strukturangeregten Zustands des Sicherheitselements (110) über ein Ausbilden eines elektrischen und/oder magnetischen Felds im Bereich des Sicherheitselements (110), b) Einstrahlen von Licht mit einer Wellenlängen, die im nicht sichtbaren Wellenlängenbereich liegt, auf das Sicherheitselement (110), während das Sicherheitselement (110) in dem strukturangeregten Zustand ist, und c) Erfassen einer Intensität des an dem Sicherheitselement (110) reflektierten Lichts der einen Wellenlänge und/oder einer Intensität des durch das Sicherheitselement (110) transmittierten Lichts der einen Wellenlänge, jeweils während das das Sicherheitselement (110) in dem strukturangeregten Zustand ist, und d) Vergleichen der erfassten reflektierten Intensität im strukturangeregten Zustand mit einer erwarteten Reflexionsintensität und/oder Vergleichen der erfassten transmittierten Intensität im strukturangeregten Zustand mit einer erwarteten Transmissionsintensität; e) Verifizieren des Sicherheitselements (110) als echt, wenn die im strukturangeregten Zustand erfasste reflektierte Intensität größer der erwarteten Reflexionsintensität ist und/oder die im strukturangeregten Zustand erfasste transmittierte Intensität kleiner der erwarteten Transmissionsintensität ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der nicht-strukturangeregte Zustand des Sicherheitselements (110) herbeigeführt wird, und während das Sicherheitselement (110) im nicht-strukturangergeten Zustand ist, Licht mit der einen Wellenlänge auf das Sicherheitselement (110) eingestrahlt wird und während das Sicherheitselement (110) in dem nicht-strukturangeregten Zustand ist, die Intensität des an dem Sicherheitselement (110) reflektierten Lichts der einen Wellenlänge erfasst wird und/oder die Intensität des durch das Sicherheitselement (110) transmittierten Lichts der einen Wellenlänge erfasst wird, und die im nicht-strukturangeregten Zustand erfasste reflektierte Intensität als erwartete Reflexionsintensität verwendet wird und/oder die im nicht-strukturangeregten Zustand erfasste transmittierte Intensität als erwartete Transmissionsintensität verwendet wird, wobei das Sicherheitselement (110) nur als echt verifiziert wird, wenn die im strukturangeregten Zustand erfasste reflektierte Intensität größer als die erwartete Reflexionsintensität ist und/oder die im strukturangeregten Zustand erfasste transmittierte Intensität kleiner als die erwartete Transmissionsintensität ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filterung des reflektierten und/oder transmittierten Lichts ausgeführt wird, um die eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich, der die eine Wellenlänge umfasst, zu selektieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herbeiführen des nicht-angeregten Zustands eine Feldfreiheit in einem Raumbereich hergestellt wird, in dem sich das Sicherheitselement (110) befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Herbeiführen des strukturangeregten Zustands das Erzeugen eines magnetischen und/oder elektrischen Felds in dem Raumbereich umfasst, in dem sich das Sicherheitselement (110) befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Wellenlänge im UV-Wellenlängenbereich gewählt wird und beim Einstrahlen von Licht der einen Wellenlänge UV-Licht eingestrahlt wird oder alternativ die eine Wellenlänge im IR-Wellenlängenbereich gewählt wird und beim Einstrahlen von Licht der einen Wellenlänge IR-Licht eingestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Herbeiführens des angeregten Zustands, eine elektrische und/oder magnetische Feldstärke in dem Raumbereich, in dem sich das Sicherheitselement (110) befindet, verändert wird, und ein Erfassen der Intensität des an dem Sicherheitselement (110) reflektierten Lichts der einen Wellenlänge und/oder der Intensität des durch das Sicherheitselement (110) transmittierten Lichts der einen Wellenlänge mehrfach ausgeführt wird und eine Abhängigkeit der erfassten Intensitäten des reflektierten Lichts der einen Wellenlänge von der elektrischen und/oder magnetischen Feldstärke mit einer erwarteten Reflexionsintensitätsabhängigkeit und/oder eine Abhängigkeit der erfassten Intensitäten des transmittierten Lichts der einen Wellenlänge von der elektrischen und/oder magnetischen Feldstärke jeweils mit einer erwarteten Transmissionsintensitätsabhängigkeit vergleichen werden und das Sicherheitselement (110) nur als echt verifiziert wird, wenn die Abhängigkeit der erfassten reflektierten Intensitäten mit der erwarteten Reflexionsintensitätsabhängigkeit und/oder die Abhängigkeit der erfassten transmittierten Intensitäten mit der erwarteten Transmissionsintensitätsabhängigkeit übereinstimmen.