DE102015006531A1

DE102015006531A1 - Piezochromes Sicherheitselement

Info

Publication number: DE102015006531A1
Application number: DE102015006531.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Schiffmann; Martin Imhof
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2016-12-01
Also published as: EP3098086B1; EP3098086A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein piezochromes Sicherheitselement (30) zur Absicherung von Wertgegenständen, mit zumindest einem Merkmalsbereich (32), der ein Elastomer (34) und eine Vielzahl magnetisch ausrichtbarer Partikel (36) aufweist, die aus Magnetit und/oder superparamagnetischen Partikeln gebildet sind, wobei die magnetisch ausrichtbaren Partikel (36) in dem Elastomer (34) magnetisch in Form eines regelmäßigen Gitters angeordnet sind um einen photonischen Kristall zu bilden, und wobei der Merkmalsbereich (32) ohne äußere Krafteinwirkung ein erstes visuelles Erscheinungsbild zeigt, und bei Beaufschlagung von Zug- oder Druckkräften (42; 44) aufgrund einer Änderung der Gitterabstände des regelmäßigen Gitters des photonischen Kristalls ein zweites visuelles Erscheinungsbild zeigt, das gegenüber dem ersten visuellen Erscheinungsbild eine wahrnehmbare Farbtonänderung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement zur Absicherung von Wertgegenständen, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Sicherheitselements und einen mit einem solchen Sicherheitselement ausgestatteten Datenträger.
Datenträger, wie etwa Wert- oder Ausweisdokumente, oder andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit der Datenträger gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen.
Bei der Echtheitsprüfung von Sicherheitselementen werden verschiedene menschliche Sinne genutzt, beispielsweise die visuelle Wahrnehmung zum Sehen optisch variabler Farben, die auditive Wahrnehmung zum Hören des charakteristischen Klangs eines Banknotensubstrats oder die taktile Wahrnehmung zum Fühlen erhabener Stichdruckstrukturen auf einer Banknote.
Als Fälschungsschutz besonders interessant sind interaktive Sicherheitsmerkmale, da diese durch die Einbeziehung des Benutzers besondere Aufmerksamkeit auf sich ziehen und zudem durch die Beteiligung mehrere Sinne besonders leicht einzuprägen sind.
Bei Banknoten und anderen Wertdokumenten werden derzeit nur wenige interaktive Echtheitsmerkmale eingesetzt. Ein bekanntes Beispiel ist ein thermochromes Sicherheitsmerkmal für Banknoten, bei dem die Wärme einer Fingerkuppe genügt, um die Farbe der Banknote an einer bestimmten Stelle zu verändern. Solche thermochromen Sicherheitsmerkmale funktionieren allerdings in der Regel nur dann zufriedenstellend, wenn die Umgebungstemperatur deutlich unterhalb der Köpertemperatur des Benutzers liegt. Ist die Umgebungstemperatur zu hoch, so ist das Merkmal oft bereits ausgelöst oder es zeigt sich kein deutlich wahrnehmbarer Effekt.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitselement der eingangs genannten Art anzugeben, das unabhängig von den Umgebungsbedingungen eine interaktive Echtheitsprüfung erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der Erfindung ist ein gattungsgemäßes Sicherheitselement mit zumindest einem Merkmalsbereich ausgestattet, der ein Elastomer und eine Vielzahl magnetisch ausrichtbarer Partikel aufweist, die aus Magnetit und/oder superparamagnetischen Partikeln gebildet sind, wobei die magnetisch ausrichtbaren Partikel in dem Elastomer magnetisch in Form eines regelmäßigen Gitters angeordnet sind um einen photonischen Kristall zu bilden. Der Merkmalsbereich zeigt ohne äußere Krafteinwirkung ein erstes visuelles Erscheinungsbild, und zeigt bei Beaufschlagung von Zug- oder Druckkräften aufgrund einer Änderung der Gitterabstände des regelmäßigen Gitters des photonischen Kristalls ein zweites visuelles Erscheinungsbild, das gegenüber dem ersten visuellen Erscheinungsbild eine wahrnehmbare Farbtonänderung aufweist.
Vorzugsweise ist die äußere Krafteinwirkung eine mechanische Krafteinwirkung. Alternativ oder zusätzlich ist die äußere Krafteinwirkung eine magnetische Krafteinwirkung.
Wie weiter unten genauer erläutert, erzeugt der Merkmalsbereich charakteristische Reflexionsfarben, die im Wesentlichen durch den Abstand der Gitterebenen des von den Partikeln gebildeten photonischen Kristalls gegeben sind. Durch Beaufschlagung des Merkmalsbereichs mit Zug- und/oder Druckkräften wird das Sicherheitselement elastisch verformt und dadurch auch der farbbestimmende Abstand der Gitterebenen verändert. Wegen der Elastizität des Elastomers kehrt das Sicherheitselement nach dem Entfernen der äußeren Kräfte wieder in die Ausgangslage mit dem ursprünglichen Gitterabstand und damit dem ursprünglichen Farbton zurück. Die Zug- und/oder Druckbeanspruchung kann durch den Benutzer beispielsweise durch Falten, Knicken oder Biegen des Sicherheitselements oder durch lokale Ausübung von Druck, etwa mit einem Daumen oder Zeigefinger angelegt werden. Dies entspricht insbesondere einer mechanischen Krafteinwirkung.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Benutzer anstelle eines Fingers auch ein Hilfsmittel verwendet. Ein Hilfsmittel kann neben einem Stift zum Beispiel auch ein Elektromagnet oder ein Permanentmagnet sein, um eine Deformation (mittels Zug- und Druckkräften) des Sicherheitselements und somit eine Änderung des ursprünglichen Farbtons zu erreichen. Vorzugsweise erlaubt das Elastomer im Falle eines Magneten als Hilfsmittels, dass die magnetisch ausrichtbaren Partikel durch eine magnetische Kraft des Magnetfeldes von ihrer ursprünglichen Anordnung, d. h. ohne äußere Krafteinwirkung, eine veränderte, neue Anordnung einnehmen, wodurch eine Farbänderungen hervorgerufen wird.
Der Benutzer kann somit interaktiv eine reversible Farbtonänderung des Sicherheitselements auslösen.
Vorzugsweise können Hilfsmittel, insbesondere Magneten eine dunkle Farbe aufweisen. Insbesondere vorzugsweise können die Hilfsmittel eine oder mehrere dunkle bzw. schwarze Beschichtung(en) aufweisen, so dass eine Einfärbung des Elastomers bzw. des Sicherheitselements nicht erforderlich ist, wie später noch weiter erläutert wird.
Der Zustand ohne äußere Krafteinwirkung wird nachfolgend auch als unbelasteter Zustand, der Zustand mit Beaufschlagung von Zug- oder Druckkräften als belasteter Zustand des Merkmalsbereichs bzw. des Sicherheitselements bezeichnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die magnetisch ausrichtbaren Partikel Nanopartikel mit einer Größe unterhalb von 100 nm. Die magnetisch ausrichtbaren Partikel können allerdings auch Agglomerate aus Nanopartikeln sein. Die Nanopartikel weisen dabei eine Größe unterhalb von 100 nm auf, während die Agglomeratgröße insbesondere zwischen 50 und 300 nm liegt. Der Begriff 'magnetisch ausrichtbare Partikel' erfasst dabei sowohl einzelne Nanopartikel als auch Agglomerate aus Nanopartikeln.
Mit Vorteil weisen die den photonischen Kristall bildenden magnetisch ausrichtbaren Partikel alle im Wesentlichen dieselbe Größe auf und liegen im Bereich von ±20%, bevorzugt im Bereich von ±10% um einen zentralen Größenwert.
Vorzugsweise ist der Merkmalsbereich maschinenlesbar bzw. maschinell auslesbar. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Farbtonänderung mittels Sensor in einem Prüfgerät erfasst wird und die reversible Verformung des Elastomers über einen Magneten (Elektromagneten, Permanentmagneten), einer Druckbeaufschlagung über einen mechanischen Stößel, einer Walze und einer Zugbeaufschlagung über einen Umschlingungswinkel oder einer Differenzgeschwindigkeit in einem Transportsystem erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung bleibt der Merkmalsbereich beim Kippen des Sicherheitselements im Wesentlichen farbkonstant. Die durch die äußeren Kräfte bewirkte Farbtonänderung ist dann leicht zu erkennen und besonders eindrucksvoll, da sie nicht von einer optischen Variabilität des Sicherheitselements überlagert wird.
Das Sicherheitselement kann einen homogenen Merkmalsbereich mit einem einheitlichen photonischen Kristall aufweisen. In vorteilhaften Gestaltungen wird allerdings der Merkmalsbereich mehrere Teilbereiche mit unterschiedlichen Anordnungen der magnetisch ausrichtbaren Partikel aufweisen, wobei die Teilbereiche mit Vorteil unterschiedliche erste visuelle Erscheinungsbilder und/oder unterschiedliche zweite visuelle Erscheinungsbilder zeigen.
Das erste und zweite Erscheinungsbild können jeweils einen Farbton im sichtbaren Spektralbereich aufweisen, beispielsweise kann die reversible Farbtonänderung zwischen Grün und Blau oder zwischen Rot und Grün stattfinden. Es ist allerdings auch möglich, dass die Reflexionsfarbe des Photonischen Kristalls entweder im belasteten oder im unbelasteten Zustand außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegt. Der Merkmalsbereich erscheint in diesem Zustand dann je nach der Färbung des Elastomers farblos, transparent oder in einer durch andere Farbmittel erzeugten Farbe.
Vorzugsweise kann der zumindest eine Merkmalsbereich mehrere Teilbereiche mit unterschiedlichen Verformungseigenschaften aufweisen. Weiterhin insbesondere können mehrere voneinander unabhängige/getrennte/beabstandete Merkmalsbereiche voneinander verschiedene Verformungseigenschaften aufweisen.
Beispielsweise können unterschiedliche Verformungseigenschaften erzielt werden, indem die Shore-Härte bzw. Dehnungseigenschaften des Elastomers durch Steuerung des Vernetzungsgrads bzw. Vulkanisationsgrads beeinflusst werden.
Beispielsweise können zwei Teilbereiche mit verschiedener Shore-Härte bzw. Dehnungseigenschaften erzeugt werden, indem zwei Elastomere mit unterschiedlichen Shore-Härten bzw. Elastizitäten verwendet werden. Hierbei kann ein erstes Elastomer, welches eine höhere Elastizität als das zweite Elastomer aufweist, in beiden Teilbereichen aufgebracht werden. Das zweite Elastomer wird anschließend nur in dem zweiten Teilbereich aufgebracht. Folglich weist dann der erste Teilbereich eine höhere Elastizität als der zweite Teilbereich auf.
Dies kann bei Kautschuken beispielsweise durch den Einsatz von 0–5% Vulkanisationsbeschleuniger 0–5%, Vulkanisationsverzögerer und 0–2% Weichmacher im Katuschuk erzeugt werden.
Bei UV-vernetztenden Polymeren kann der Vernetzungsgrad durch eine modulierte Belichtungsmaske beeinflusst werden. Dazu würde man ein (noch nicht vernetztes) Elastomer auf ein Trägersubstrat auftragen. So kann zunächst mit einer ersten Strahlungsquelle und einer Blende eine erster Teilbereich vernetzt werden und mit einer zweiten Strahlungsquelle dann der zweite Teilbereich vernetzt werden. Wählt man zwei verschiedene Photoinitiatoren in einem Ausgangsmaterial für ein Elastomer mit unterschiedlichen spektralen Absorptionseigenschaften (z. B. andere Wellenlängenbereich) aus, kann man somit die Anzahl der Radikalstarter in den Teilbereichen bestimmen und damit die Kettenlänge beeinflussen, wodurch die Elastizität bzw. Dehnbarkeit eingestellt wird.
Beispielsweise können zwei Teilbereiche mit verschiedenen Farbtonänderungen im Falle einer äußeren Krafteinwirkung erzeugt werden, indem ein Elastomer verwendet wird. Hierbei wird in einem ersten Schritt das Elastomer in beiden Teilbereichen aufgebracht. In einem zweiten Schritt wird das Elastomer nochmals, hierbei aber nur im zweiten Teilbereich aufgebracht. Folglich weist dann der erste Teilbereich eine geringere Schichtdicke als der zweite Teilbereich auf, wodurch sich bei äußerer Krafteinwirkung die Dehnung der Teilbereiche unterscheidet und hierdurch unterschiedliche Farbänderungen erzielt werden.
Beispielsweise kann ein Trägersubstrat eine variierende Schichtdicke aufweisen, so dass eine höhere Dehnbarkeit im einem Bereich mit einer Schichtdicke vorliegt, die geringer ist als in einem anderen Bereich (mit höherer Schichtdicke). In dem Bereich mit der geringeren Schichtdicke stellt sich die Farbänderung früher ein, so dass entsprechend der Schichtdickenvariation ein Muster/Motiv erkennbar wird. Weiterhin kann alternativ oder zusätzlich eine Stabilisierungsfolie vorgesehen werden. In dem Bereich wo die Stabilisierungsfolie vorgesehen ist, müssen dann höhere Zug- und/oder Druckkräfte aufgebracht werden, um eine Farbänderung zu erzielen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung reflektiert der photonische Kristall des Merkmalsbereichs in zumindest einem Teilbereich ohne äußere Krafteinwirkung Licht im infraroten Spektralbereich und reflektiert bei Beaufschlagung von Zug- oder Druckkräften aufgrund einer Änderung der Gitterabstände des regelmäßigen Gitters des photonischen Kristalls Licht im sichtbaren Spektralbereich, insbesondere im Roten.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung reflektiert der photonische Kristall des Merkmalsbereichs in zumindest einem Teilbereich ohne äußere Krafteinwirkung Licht im sichtbaren Spektralbereich, insbesondere im Blauen, und reflektiert bei Beaufschlagung von Zug- oder Druckkräften aufgrund einer Änderung der Gitterabstände des regelmäßigen Gitters des photonischen Kristalls Licht im ultravioletten Spektralbereich.
Auch wenn in der Erfindung die von einem menschlichen Benutzer wahrnehmbare Farbtonänderung im Vordergrund steht, kann die Farbtonänderung auch maschinell, beispielsweise mittels eines Sensors erfasst werden. Dies gilt insbesondere, wenn die Reflexionsfarbe des photonischen Kristalls in einem Zustand des Merkmalsbereichs außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegt. So kann ein Sensor die vom photonischen Kristall reflektierte IR- oder UV-Strahlung direkt erfassen, während ein menschlicher Beobachter die Änderung der Reflexionsfarbe hin zum Infraroten oder Ultravioletten nur indirekt wahrnehmen kann, etwa indem der Merkmalsbereich von einem farbigen Zustand in einen transparenten Zustand übergeht.
Das Elastomer ist mit Vorteil ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus elastischen Siliconen, Acrylaten, Polyesteracrylaten, Kautschuken, Polyisobuten, Polyurethanen und Polyvinylbutylaten.
Vorzugsweise bildet das mit den magnetisch ausrichtbaren Partikeln versetzte Elastomer eine Folie, deren Dicke unterhalb von 1000 μm, bevorzugt unterhalb von 600 μm und besonders bevorzugt unterhalb von 300 μm liegt. Die minimale Dicke der Folie beträgt vorteilhafterweise mindestens 10 μm.
Vorzugsweise weist die Folie für Anwendungen in Banknoten und/oder Karten, wie Ausweiskarten, eine Dicke im Bereich von 20 μm bis 100 μm, weiterhin vorzugsweise im Bereich von 20 μm bis 50 μm, auf.
Vorzugsweise entspricht die Dicke der Folie bzw. des Elastomers der Dicke des Wertdokuments, so dass die Folie/das Elastomer weder eine merklich höhere noch eine merklich geringere Dicke als das Wertdokument aufweist.
Das Elastomer ist vorteilhafterweise im Wesentlichen transparent und farblos, so dass die wahrgenommene Farbe des Merkmalsbereichs durch die Reflexionsfarbe des photonischen Kristalls bestimmt ist. Es ist grundsätzlich jedoch auch möglich, ein gefärbtes Elastomer einzusetzen, so dass sich die wahrgenommene Farbe des Merkmalsbereichs aus einer Farbmischung der Eigenfarbe des Elastomers und der Reflexionsfarbe des photonischen Kristalls ergibt. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Elastomer ein oder mehrere Schichten bzw. ein oder mehrere Beschichtungen. Vorzugsweise sind solche Schichten bzw. Beschichtungen an/auf dem Elastomer angeordnet. Insbesondere kann das Elastomer eine dunkle Schicht/Beschichtung, vorzugsweise eine schwarze Schicht/Beschichtung aufweisen. Eine solche dunkle oder schwarze Schicht/Beschichtung dient vorzugsweise dazu einen guten Kontrast zwischen der Farbe des photonischen Kristalls und der dunklen oder schwarzen Schicht/Beschichtung zu schaffen, so dass ein Betrachter die Farbe bzw. Farbänderung des photonischen Kristalls gut wahrnehmen kann. In anderen Worten kann zur Sichtbarmachung des Farbtons des photonischen Kristalls das Elastomer mit einer dunklen Beschichtung versehen werden.
Vorzugsweise weist das Elastomer eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche auf, die einander gegenüber stehen. Vorzugsweise ist eine dunkle Schicht/Beschichtung auf/an der ersten Hauptfläche angeordnet, während ein Betrachter von der Seite der zweiten Hauptfläche auf das Elastomer blickt.
Weist ein Hilfsmittel eine oder mehrere dunkle Farbe(n) bzw. schwarze Beschichtung(en) auf, ist eine Einfärbung des Elastomers oder eine mehrere dunkle bzw. schwarze Beschichtung(en) auf dem Elastomer nicht erforderlich. Mit anderen Worten kann in einem Fall bei dem das Elastomer – das den photonischen Kristall bildet – nicht auf einer opaken Schicht/Beschichtung aufgebracht ist, ein absorbierendes/schwarzes Hilfsmittel (z. B. ein Stift) verwendet werden, um den Farbton bzw. die Farbänderung dedes Merkmalsbereichs sichtbar zu machen.
Alternativ vorzugsweise ist eine solche dunkle Schicht/Beschichtung eine elastische Schicht. Vorzugsweise weist die elastische Schicht ähnliche oder gleiche Verformungseigenschaften wie das Elastomer auf. Insbesondere kann die elastische Schicht aus dem gleichen (Grund-)Material wie das Elastomer bestehen mit dem Unterschied, dass die elastische Schicht keine photonischen Kristalle aufweist, sondern Farbpigmente oder Farbstoffe zur Einfärbung der Schicht. Für die Einfärbung bieten sich zum Beispiel Ruß oder eine Mischung aus Bundpigmenten, wie gelb, rot und blau, an, um einen schwarzen Farbeindruck zu erzeugen.
Weiterhin vorzugsweise umfasst das Elastomer eine transluzente Interferenzbeschichtung auf. Vorzugsweise ist eine solche transluzente Interferenzbeschichtung auf der zweiten Hauptfläche des Elastomers angeordnet. Vorzugsweise ist eine transluzente Interferenzbeschichtung eine Flüssigkristallbeschichtung. Vorzugsweise ist eine transluzente Interferenzbeschichtung eine Beschichtung auf Basis von Interferenzpigmenten. Im Fall von Interferenzpigmenten sind diese in einem Bindemittel eingebracht, wobei die Interferenzpigmente die zweite Hauptfläche des Elastomers nicht vollständig bedecken. Insbesondere kann die transluzente Interferenzbeschichtung auf sog. STEP-Pigmenten basieren.
Wirken äußere Kräfte auf das Elastomer bzw. den Merkmalsbereich, kann ein Betrachter eine Mischfarbe aus der Farbe des photonischen Kristalls des Elastomers und der Farbe der transluzenten Interferenzbeschichtung wahrnehmen.
Weiterhin vorzugsweise können zwei oder mehr Merkmalsbereiche nebeneinander angeordnet sein. In diesem Fall können sich die Elastomere bzw. die photonischen Kristalle der Merkmalsbereiche unterscheiden. Alternativ oder zusätzlich können die Elastomere eine oder mehrere voneinander verschiedene Schichten/Beschichtungen aufweisen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Schicht(en)/Beschichtung(en) auf verschiedenen Hauptflächen der Elastomere angeordnet sind. Beispielsweise kann eine Schicht/Beschichtung auf der ersten Hauptfläche des Elastomers eines ersten Merkmalsbereichs angeordnet sein, während eine Schicht/Beschichtung auf der zweiten Hauptfläche des Elastomers des zweiten Merkmalsbereichs angeordnet ist, der an den ersten Merkmalsbereich angrenzt. Weiterhin kann eine oder mehrere Schicht ebenfalls Elastomere, die photonische Kristalle bilden, umfassen, wobei sich dieses weitere Elastomer in seinem visuellen Erscheinungsbild von dem (ersten) Elastomer, das den photonischen Kristall mit dem ersten und zweiten visuellen Erscheinungsbild unterscheidet.
Weiterhin vorzugsweise kann eine Schicht/Beschichtung vorgesehen sein, die die Dehnbarkeit des Merkmalsbereichs oder eines Teilbereichs des Merkmalsbereichs verringert. Beispielsweise kann als Schicht/Beschichtung eine Stabilisierungsfolie vorgesehen sind. In dem Bereich wo die Stabilisierungsfolie vorgesehen ist, müssen dann höhere Zug- und/oder Druckkräfte aufgebracht werden, um eine Farbänderung zu erzielen.
Vorzugsweise kann eine Schicht/Beschichtung ein dunkles/eingefärbtes Elastomer oder elastische Folie sein, die an/auf eine Hauptfläche des Elastomers appliziert wird.
Beispielsweise können Schichten/Beschichtungen auf das Elastomer kaschiert werden. Beispielsweise können Schichten/Beschichtungen auf das Elastomer mittels Gießbeschichtung aufgebracht werden. Beispielsweise können Schichten/Beschichtungen auf das Elastomer aufgedruckt werden bzw. drucktechnisch aufgebracht werden.
Weiterhin vorzugsweise kann das Elastomer eine oder mehrere transparente Schichten/Beschichtungen aufweisen. Weiterhin vorzugsweise kann das Elastomer eine oder mehrere transluzente Schichten/Beschichtungen aufweisen. Weiterhin vorzugsweise kann das Elastomer eine oder mehrere farbige Schichten/Beschichtungen aufweisen.
Beispielsweise kann das Sicherheitselement derart gestaltet sein, dass bei Betrachtung des Sicherheitselements von einer Seite bzw. Hauptfläche eine Farbänderung aufgrund des beschriebenen piezochromen Effekts sichtbar ist, während bei Betrachtung des Sicherheitselements von einer anderen Seite bzw. Hauptfläche eine transluzente und/oder farbige Beschichtung sichtbar ist.
In einer Weiterbildung weist das Elastomer neben den magnetisch ausrichtbaren Partikeln weitere Merkmalsstoffe auf, insbesondere Lumineszenzstoffe oder IR-absorbierende Stoffe. Die weiteren Merkmalsstoffe beeinflussen dabei den ohne Anregung sichtbaren Farbton oder die Streuung des Elastomers vorzugsweise nicht oder kaum. Durch geeignete Merkmalsstoffe kann das Elastomer insbesondere maschinenlesbar gemacht werden.
Das Elastomer kann sowohl als freitragende Folie als auch als Beschichtung auf einem Trägersubstrat ausgebildet sein. Ein solches Trägersubstrat kann gegebenenfalls nach einem Transfer des Sicherheitselements auf einen Zieldatenträger abgezogen werden.
Beispielsweise kann ein Trägersubstrat eine variierende Schichtdicke aufweisen. D. h. dass bei gleichem Krafteintrag die Dehnung in einem Bereich mit einer geringeren Schichtdicke höher ist als in einem anderen Bereich mit höherer Schichtdicke. In dem Bereich mit der geringeren Schichtdicke stellt sich die Farbänderung früher ein, so dass entsprechend der Schichtdickenvariation ein Muster/Motiv erkennbar wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die magnetisch ausrichtbaren Partikel mit einer Merkmalsbeschichtung versehen, die den Partikeln Lumineszenz- oder IR-absorbierende Eigenschaften verleiht.
Alternativ oder zusätzlich können die magnetisch ausrichtbaren Partikel mit einer hydrophoben Beschichtung versehen sein, bei der es sich um eine anorganische Beschichtung, eine organische Beschichtung oder eine Hybridbeschichtung handeln kann. Bei der anorganischen hydrophoben Beschichtung kann es sich insbesondere um eine Silanbeschichtung, bei der organischen hydrophoben Beschichtung insbesondere um eine Schicht aus halogenierten Polymeren, wie etwa PTFE, PVC, oder halogenierten Acrylaten, handeln.
Weiter können die magnetisch ausrichtbaren Partikel mit Vorteil mit transparenten, mechanisch wirkenden Abstandhaltern ausgestattet sein. Die Abstandhalter können dabei sowohl auf einer anorganischen als auch einer organischen Beschichtung beruhen.
Der Merkmalsbereich insgesamt und/oder die oben genannten Teilbereiche mit unterschiedlichen Anordnungen der magnetisch ausrichtbaren Partikel sind vorzugsweise in Form von Zeichen, Mustern oder einer Codierung ausgebildet.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist aus Betrachtungsrichtung unterhalb des Merkmalsbereichs eine Funktionsschicht angeordnet, die durch die Farbtonänderung des Merkmalsbereichs beeinflusst werden kann. Eine solche Funktionsschicht kann beispielsweise durch eine UV- oder IR-absorbierende Schicht gebildet sein, die UV- oder IR-Strahlung absorbiert, solange der photonische Kristall diese Strahlung nicht reflektiert sondern transmittiert. Auf diese Weise kann eine Änderung der Gitterabstände des photonischen Kristalls des Merkmalsbereichs auch mit Hilfe der darunterliegenden Funktionsschicht erfasst werden.
Auch eine dunkle oder schwarze Beschichtung kann unterhalb des Merkmalsbereichs vorgesehen sein, um die Erkennbarkeit der Farbtonänderung zu erhöhen. Die dunkle oder schwarze Beschichtung kann vollflächig oder in Form von Mustern, Zeichen oder einer Codierung vorliegen.
Das Sicherheitselement ist insbesondere ein Sicherheitsfaden, ein Aufreißfaden, ein Sicherheitsband, ein Sicherheitsstreifen, ein Patch oder ein Etikett zum Aufbringen auf ein Sicherheitspapier, Wertdokument oder dergleichen.
Die Erfindung enthält auch einen Datenträger mit einem Sicherheitselement der oben beschriebenen Art. Bei dem Datenträger kann es sich insbesondere um ein Wertdokument, wie eine Banknote, insbesondere eine Papierbanknote, eine Polymerbanknote oder eine Folienverbundbanknote, um eine Aktie, eine Anleihe, eine Urkunde, einen Gutschein, einen Scheck, eine hochwertige Eintrittskarte, aber auch um eine Ausweiskarte, wie etwa eine Kreditkarte, eine Bankkarte, eine Barzahlungskarte, eine Berechtigungskarte, einen Personalausweis oder eine Passpersonalisierungsseite handeln.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Merkmalsbereich des piezochromen Sicherheitselements dabei in einer Aussparung des Datenträgers angeordnet, in welcher der Merkmalsbereich des Sicherheitselements druckbeaufschlagbar ist. Vorzugsweise ist das Sicherheitselement dabei so in der Aussparung angeordnet, dass der Merkmalsbereich von einer Datenträgerseite her druckbeaufschlagbar ist und die resultierende Farbtonänderung auf der gegenüberliegenden Datenträgerseite visuell wahrnehmbar ist. Die Farbtonänderung wird durch Druckbeaufschlagung durch den Benutzer ausgelöst, beispielsweise indem der Benutzer mit Daumen oder Zeigefinger in die Aussparung drückt und den dort angeordneten Merkmalsbereich dadurch zumindest lokal dehnt.
Beispielsweise kann das Sicherheitselement als Fensterfolie bzw. in ein Fenster eines Wertdokuments vorgesehen sein. Vorzugsweise weist das Elastomer in diesem Fall eine Dicke auf, die der Dicke des Wertdokuments entspricht.
In einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung ist der Merkmalsbereich des piezochromen Sicherheitselements in einem dehnbaren oder biegbaren Bereich des Datenträgers angeordnet. Die Farbtonänderung wird in diesem Fall einfach durch Dehnen oder Biegen des Datenträgers durch den Benutzer ausgelöst.
Bei einer weiteren, ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung weist der Datenträger in einem Teilbereich taktile Reliefstrukturen auf und der Merkmalsbereich des piezochromen Sicherheitselements kann durch Biegen, Falten, Knicken oder Klappen des Datenträgers in Druckkontakt mit den taktilen Reliefstrukturen gebracht werden. Im Druckkontakt wird der Merkmalsbereich von den taktilen Reliefstrukturen lokal gedehnt und dadurch eine lokale Farbtonänderung ausgelöst. Der Merkmalsbereich ist dabei mit Vorteil im Bereich einer Aussparung oder einen transparenten Fensters angeordnet, so dass die Farbtonänderung leicht visuell wahrgenommen werden kann.
Mit Vorteil weist der Datenträger zusätzlich zumindest ein Referenzfarbelement/Festfarbelement auf, dessen Farbton dem Farbton des ersten oder zweiten visuellen Erscheinungsbilds des Merkmalsbereichs entspricht. Der Farbton eines Referenzfarbelements stellt einen festen Bezugspunkt dar, der die Farbtonänderung des Merkmalsbereichs leichter erkennbar macht, da das menschliche Auge auf die auftretenden Farbunterschiede empfindlicher ist als auf die Farbveränderung an sich. Die Referenzfarbelemente können beispielsweise durch farbige Druckschichten oder andere farbige Strukturen gebildet sein.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Farbton des Elastomers bzw. des Sicherheitselements durch ein Auflegen auf einem dunklen Untergrund oder eine schwarze Beschichtung auf der Rückseite des Elastomers sichtbar wird.
Vorzugsweise weist der Merkmalsbereich Teilbereiche auf, in denen das Elastomer voneinander verschiedene Schichtdicken besitzt. Vorzugsweise werden in diesen Teilbereichen voneinander verschiedene Kräfte für eine Verformung benötigt, so dass es Teilbereiche mit unterschiedlicher Verfärbung bei (gleicher) Zugbeaufschlagung/Kraftausübung gibt.
Vorzugsweise kann das Elastomer auf einem elastischen Träger beschichtet werden. Insbesondere kann das Trägersubstrat ein elastischer Träger sein.
Vorzugsweise ist der elastische Träger mit einer dunklen Beschichtung versehen. Alternativ ist der elastische Träger dunkel eingefärbt.
Vorzugsweise wird das Elastomer in Teilbereichen mit voneinander verschiedenen elastischen Folien beschichtet. Vorzugsweise kann eine Schicht/Beschichtung eine elastische Folie sein.
Vorzugsweise wird das Elastomer mittels Gießverfahren und Rakeln und/oder Auftragen mittels Düsen, und/oder drucktechnisch auf ein Trägersubstrat bzw. Wertdokumentsubstrat aufgebracht.
Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zum Herstellen eines piezochromen Sicherheitselements der oben beschriebenen Art, bei dem

– in ein noch nicht gehärtetes Elastomer eine Vielzahl magnetisch ausrichtbarer Partikel eingebracht werden,
– die magnetisch ausrichtbaren Partikel durch zumindest ein äußeres Magnetfeld in Form eines regelmäßigen Gitters ausgerichtet werden um einen photonischen Kristall zu bilden, vorzugsweise wird das Magnetfeld durch eine Magnetplatte mit Oberflächenrelief und/oder einer Vielzahl von Einzelmagneten erzeugt, und
– das Elastomer bei angelegtem Magnetfeld mit den ausgerichteten Partikeln getrocknet und/oder gehärtet oder/und chemisch vernetzt wird.

Vorzugsweise kann die Magnetplatte und/oder die Vielzahl an Einzelmagneten aus Permanentmagneten bestehen oder aus Elektromagneten.
Vorzugsweise wird das Elastomer in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren verarbeitet.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen piezochromen Sicherheitselement in Form eines Fenstersicherheitsfadens,
2 einen Querschnitt durch die Banknote der 1 entlang des Fenstersicherheitsfadens im Ausschnitt, wobei (a) die Banknote in ungefaltetem Zustand und (b) die Banknote in gefaltetem Zustand zeigt,
3 schematisch im Querschnitt ein piezochromes Folienelement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 das piezochrome Folienelement der 3 bei Beaufschlagung mit Zugkräften,
5 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Passbuchs, wobei (a) das Passbuch im aufgeklappten Zustand und (b) das Passbuch im zugeklappten Zustand zeigt,
6 ein Passbuch mit einem auf Druckbeaufschlagung ansprechenden piezochromen Folienelement nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei (a) das Passbuch im aufgeklappten Zustand und (b) das Passbuch im zugeklappten Zustand zeigt,
7 eine Identifikationskarte nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, in (a) in Aufsicht und in (b) im Querschnitt,
8 eine schematische Schnittansicht eines Sicherheitselements mit einem Merkmalsbereich, und
9 eine schematische Schnittansicht eines Sicherheitselements mit zwei Merkmalsbereichen.
Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten und andere Datenträger erläutert.
1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10 mit einem erfindungsgemäßen piezochromen Sicherheitselement 12 in Form eines Fenstersicherheitsfadens, der an bestimmten Fensterbereichen 14 an der Oberfläche der Banknote 10 hervortritt, während er in den dazwischen liegenden Bereichen im Inneren der Banknote 10 eingebettet ist.
2 zeigt einen Querschnitt durch die Banknote entlang des Fenstersicherheitsfadens 12 im Ausschnitt, wobei 2(a) die Banknote in ungefaltetem Zustand und 2(b) die Banknote in gefaltetem Zustand zeigt.
Im nicht gefalteten Zustand zeigt das Sicherheitselement 12 in den Fensterbereichen 14 der Banknote ein erstes visuelles Erscheinungsbild, erscheint beispielsweise gleichmäßig mit dem Farbton Grün. Wird die Banknote 10 und damit das Sicherheitselement 12 um eine Längsachse 16 nach hinten gefaltet, so verändert sich der Farbton des Sicherheitselements 12 im Bereich des Falzes 20 deutlich, das Sicherheitselement erscheint dort beispielsweise blau. Im gefalteten Zustand (2(b)) enthält das Sicherheitselement 12 somit zwei Bereiche mit unterschiedlichem Erscheinungsbild, nämlich erste Bereiche 22 abseits des Falzes 20, in denen in den Fensterbereichen 14 unverändert ein grünes Erscheinungsbild sichtbar ist, und zweite Bereiche 24 im Falz 20, in denen in den Fensterbereichen 14 ein blaues Erscheinungsbild sichtbar ist.
Wird die Banknote 10 wieder aufgefaltet, so stellt sich der ursprüngliche, einheitlich grüne Farbton wieder ein, die Farbtonänderung ist somit vollständig reversibel. Diese reversible Farbtonänderung tritt an jeder Position des Sicherheitselements 12 beim Falten auf und stellt wegen ihrer Interaktivität und leichten Erkennbarkeit und einfaches und gut zu memorierendes Echtheitskennzeichen dar.
Der Aufbau erfindungsgemäßer Sicherheitselemente und das Zustandekommen der Farbänderung werden nun mit Bezug auf die 3 und 4 näher erläutert. Das in 3 schematisch im Querschnitt dargestellte piezochrome Folienelement 30 ist in einem Merkmalsbereich 32 im Wesentlichen durch ein farbloses Elastomer 34 gebildet, das im fertigen Sicherheitselement physikalisch und/oder chemisch getrocknet ist und eine stabile, selbsttragende Folie einer Dicke von etwa 250 μm bildet. Als Elastomer kann beispielsweise ein elastisches Silikon eingesetzt werden.
Zur Erzeugung des piezochromen Farbeffekts wurden bei der Herstellung des Folienelements 30 in das noch nicht gehärtete Elastomer 34 eine Vielzahl von magnetisch ausrichtbaren Partikeln 36 eingearbeitet, konkret Magnetit und/oder superparamagnetische Partikel. Im Ausführungsbeispiel wurden hierzu nanoskalige Magnetite mit einem Durchmesser von etwa 50 nm in einer Konzentration von etwa 5% in das Silikon eingearbeitet.
Aufgrund ihrer magnetischen Ausrichtbarkeit ordnen sich die Partikel 36 in dem schwachen Magnetfeld eines externen Magneten 40 (gestrichelt in 3) in Form eines regelmäßigen Gitters an und bilden in dem umgebenden Elastomer 34 einen photonischen Kristall. Das Elastomer 34 wird bei angelegtem Magnetfeld getrocknet und die räumliche Anordnung der Partikel 36 und der photonische Kristall damit fixiert, so dass der photonische Kristall auch nach Entfernen des externen Magneten 40 erhalten bleibt.
Bei der Betrachtung erzeugt der Merkmalsbereich 32 mit dem photonischen Kristall charakteristische Reflexionsfarben, die im Wesentlichen durch den Abstand d der Gitterebenen 38 der Partikel-Anordnung gegeben sind. Im Ausführungsbeispiel erscheint der Merkmalsbereich in Aufsicht etwa grün. Durch eine geeignete Wahl des beim Trocknen des Elastomers 34 angelegten Magnetfelds kann der visuelle Eindruck des Merkmalsbereichs 32 in weiten Bereichen nach Wunsch eingestellt werden.
Der Merkmalsbereich 32 kann auch mehrere Teilbereiche mit unterschiedlichen Anordnungen der magnetisch ausrichtbaren Partikel aufweisen kann. Beispielsweise führen lokal unterschiedliche starke Magnetfelder beim Trocknen zu lokal unterschiedlichen Abständen der Gitterebenen 38 und damit zu unterschiedlichen Reflexionsfarben des Merkmalsbereichs 32. Diese unterschiedlichen Teilbereiche können, wie auch der gesamte Merkmalsbereich 32, in Form von Mustern, Zeichen oder einer Codierung ausgebildet sein.
Wird das piezochrome Folienelement 30 nun mit Zug- oder Druckkräften beaufschlagt, wie in 4 am Beispiel von Zugkräften 42 gezeigt, so erlauben die elastischen Eigenschaften des Elastomers 34 eine starke elastische Verformung des Sicherheitselements 30. Da bei der Verformung das Volumen des Elastomers 34 im Wesentlichen erhalten bleibt, wird eine Verlängerung in einer Raumrichtung durch entsprechende Verkürzungen in den anderen Raumrichtungen ausgeglichen. Wird das Folienelement 30 beispielsweise wie in 4 in einer Richtung 42 in der Ebene des Sicherheitselements gestreckt, so verringert sich die Höhe des Elastomers und damit auch der Abstand d der Gitterebenen 38 entsprechend. Da die Reflexionsfarbe im Wesentlichen durch den Abstand der Gitterebenen 38 bestimmt ist, zeigt das zugbeaufschlagte Folienelement 30 der 4 eine Reflexionsfarbe kürzerer Wellenlänge und erscheint beispielsweise blau. Nach Beendigung der Zugkraftbeaufschlagung kehrt das Folienelement 30 wegen der elastischen Eigenschaften des Elastomers 34 in die Ausgangslage der 3 zurück und zeigt dann wieder das ursprüngliche grüne Erscheinungsbild.
Dieser Ablauf erklärt auch die Farbtonänderung beim dem in 2(a) und 2(b) gezeigten Ausführungsbeispiel, da dort der Fenstersicherheitsfaden 12 beim Falten der Banknote im Bereich des Falzes 20 zugbeansprucht und damit gedehnt wird, so dass dort eine Farbtonänderung von Grün nach Blau stattfindet. Außerhalb des Falzes 20 wirken beim Falten keine Kräfte auf den Fenstersicherheitsfaden, so dass dort keine Farbänderung erzeugt wird.
Die in 4 gezeigte Deformation des piezoelektrischen Folienelements 30 kann nicht nur durch eine Zugbelastung 42 in der Ebene des Sicherheitselements, sondern auch durch eine Druckbelastung 44 senkrecht zur Ebene des Sicherheitselements erzeugt werden. Auf diese Weise können auch Druckkräfte zu Farbtonverschiebungen zu kürzeren Wellenlängen führen, wie weiter unten anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels erläutert.
Die Gitterabstände der Partikel 36 im Elastomer 34 können insbesondere so gewählt sein, dass die Reflexionsbedingung entweder im unbelasteten Zustand oder belasteten Zustand nur für Licht außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs erfüllt ist. Beispielsweise kann der photonische Kristall des oben gezeigten Folienelements 30 ohne äußere Krafteinwirkung (3) Licht im infraroten Spektralbereich reflektieren und im zugbelasteten Zustand (4) wegen des geringeren Abstands der Gitterebenen 38 Licht im sichtbaren Spektralbereich reflektieren. Da das Elastomer 34 selbst farblos ist und der durch die Partikel 36 gebildete photonische Kristall im unbelasteten Zustand infrarotes Licht reflektiert, erscheint der Merkmalsbereich 32 zunächst farblos. Bei Zugbeanspruchung verschiebt sich die Reflexion zu kürzeren Wellenlängen hin ins Rote, so dass die belasteten Bereiche des Merkmalsbereichs 32 nunmehr farbig erscheinen. Bei einem in Form eines Motivs ausgebildeten Merkmalsbereich 32 scheint für den Betrachter ein zunächst nicht sichtbares Motiv durch die Zugbeanspruchung neu zu entstehen. Wegen der Reversibilität des Effekts verschwindet die Farbe bzw. das farbige Motiv nach Beendigung der Zugbeanspruchung wieder. Erscheinen und Verschwinden des Motivs können vom Benutzer somit interaktiv ausgelöst werden.
In ähnlicher Weise kann das Folienelement 30 so ausgebildet sein, dass der photonische Kristall ohne äußere Krafteinwirkung (3) Licht im sichtbaren Spektralbereich reflektiert und im zugbelasteten Zustand (4) wegen des geringeren Abstands der Gitterebenen 38 Licht im ultravioletten Spektralbereich reflektiert. In diesem Fall erscheint der Merkmalsbereich im unbelasteten Zustand zunächst farbig, beispielsweise blau. Bei Zugbeanspruchung verschiebt sich die Reflexion ins Ultraviolette und die belasteten Bereiche des Merkmalsbereichs 32 erscheinen für den Betrachter farblos. Bei einem in Form eines Motivs ausgebildeten Merkmalsbereich 32 scheint für den Betrachter das zunächst sichtbare Motiv bei der Zugbeanspruchung zu verschwinden und bei Beendigung der Zugbeanspruchung wieder zu erscheinen. Auch bei dieser Ausgestaltung können das Verschwinden und Wiedererscheinen des Motivs interaktiv ausgelöst werden.
Beim Einsatz des piezochromen Sicherheitselements auf einem Wertdokument oder anderen Datenträger können zusätzlich Referenzfarbelemente vorgesehen sein, die den unbelasteten Ausgangsfarbton oder den Farbton bei Zug- oder Druckbeaufschlagung wiedergeben. Durch den Referenzfarbton der Referenzfarbelemente kann die Farbtonänderung des piezochromen Sicherheitselements noch deutlicher erkennbar gemacht werden. Zudem wird durch das Nebeneinander des festen Farbtons des Referenzfarbelements und des veränderlichen Farbtons des Sicherheitselements die Aufmerksamkeit des Betrachters noch stärker auf das Sicherheitselement gelenkt und ein Fehlen des Farbtonwechsels auffällig gemacht.
5 zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel in Form eines Passbuchs 50, in dessen Falz 52 ein piezochromes Folienelement 30 der oben beschriebenen Art angeordnet ist. Im aufgeklappten Zustand des Passbuchs (5(a)) wirken keine äußeren Kräfte auf den Merkmalsbereich 32 des Folienelements 30, so dass dieser mit seinem ersten visuellen Erscheinungsbild, im Ausführungsbeispiel etwa grün, erscheint. Diese grüne Farbe wird von einem in unmittelbarer Nähe des Falzes 52 auf der Innenseite 56 des Passbuchs 50 angeordneten ersten Referenzfarbelement 54 aufgenommen. Bei dem Referenzfarbelement 54 kann es sich beispielsweise um ein aufgedrucktes grünes Musterelement handeln.
Im zugeklappten Zustand des Passbuchs 50 (5(b)) ist das Sicherheitselement 30 zugbeansprucht und der Merkmalsbereich 32 erscheint daher mit seinem zweiten visuellen Erscheinungsbild, im Ausführungsbeispiel etwa blau. Diese blaue Farbe wird von einem in unmittelbarer Nähe des Falzes 52 auf der Außenseite 55 des Passbuchs angeordnetem zweiten Referenzfarbelement 58 aufgenommen. Bei dem Referenzfarbelement 58 kann es sich beispielsweise um ein aufgedrucktes blaues Musterelement handeln.
Für eine erfolgreiche Echtheitsprüfung muss der Benutzer daher nicht wissen, dass das Folienelement 30 eine Farbtonänderung von Grün nach Blau zeigt, es genügt, die Farbübereinstimmung oder fehlende Farbübereinstimmung des Merkmalsbereichs 32 mit den Referenzfarbelementen 54, 58, festzustellen.
Das Ausführungsbeispiel der 6 ist ein Passbuch 60 mit einem auf Druckbeaufschlagung ansprechenden piezochromen Folienelement. Wie in am besten in der aufgeklappten Darstellung der 6(a) zu erkennen, ist dazu der obere Buchdeckel 62 des Passbuchs mit einer Aussparung 64 versehen, welche auf der Innenseite 66 des Buchdeckels mit einem piezochromen Folienelement 30 der oben beschriebenen Art verschlossen ist. Die gegenüberliegende Innenseite 68 des Passbuchs ist durch Prägung oder Druck mit taktilen Strukturen 70 versehen, die so auf der Innenseite 68 angeordnet sind, dass die Aussparung 64 mit dem Folienelement 30 beim Zuklappen des Passbuchs 60 auf den taktilen Strukturen 70 zu liegen kommt. Die taktilen Strukturen 70 können beispielsweise rot erscheinen und sind in Form eines Motivs, beispielsweise eines grafischen Musters oder eines Schriftzugs ausgebildet. Das Folienelement 30 erscheint wie oben beschrieben im unbelasteten Zustand grün und im belasteten Zustand blau.
Wird das Passbuch 60 zugeklappt, wie in 6(b) gezeigt, so wird das piezochrome Folienelement 30 auf die taktilen Strukturen 70 gedrückt und dadurch im Bereich der reliefartigen Erhebungen der taktilen Strukturen druckbeaufschlagt und lokal gedehnt. In diesen gedehnten Bereichen 72 ändert sich der Farbton des Folienelements daher von Grün nach Blau, während außerhalb der Erhebungen der taktilen Strukturen der grüne Farbton erhalten bleibt. Das von den taktilen Strukturen 70 gebildete Motiv, das im aufgeklappten Passbuch rot erscheint, ist auch nach dem Zuklappen des Passbuchs 60 durch die Aussparung 64 sichtbar, erscheint dann allerdings blau vor grünem Hintergrund.
Die Erfindung kann auch bei Karten vorteilhaft eingesetzt werden, wie anhand des Ausführungsbeispiels der 7 illustriert. 7(a) zeigt eine Identifikationskarte 80, wie etwa eine Ausweiskarte, Bankkarte, Kreditkarte oder einen Führerschein im Querschnitt, 7(b) zeigt dieselbe Karte 80 in Aufsicht. Bei der dreilagige Identifikationskarte 80 sind die beiden äußeren Lagen 82 in einem Teilbereich ausgespart, beispielsweise in Form einer kreisförmigen Aussparung 86 mit einem Durchmesser von etwa 15 mm. Im Bereich der Aussparung 86 ist in der mittleren Lage 84 ein piezochromen Folienelement 30 der oben beschriebenen Art angeordnet und mit seinem Rand zwischen den beiden äußeren Lagen 82 eingespannt.
In unbelasteten Zustand erscheint das Folienelement 30 grün. Drückt nun ein Benutzer beispielsweise mit den Zeigefinger oder Daumen von unten gegen das Folienelement 30 (Druckbelastung 88), so wird das Folienelement 30 druckbeaufschlagt und wegen der Einspannung der Rändern lokal gedehnt. Bei der Betrachtung der Aussparung 86 von oben, also der der Druckbelastung 88 gegenüberliegenden Kartenseite, wird für den Betrachter 90 dann ein Farbwechsel von grün nach blau sichtbar.
Die Querschnittsdarstellung der 7(a) zeigt das Erscheinungsbild der Karte 80 im unbelasteten Zustand, die Aufsicht der 7(b) im druckbeaufschlagten Zustand mit ausgelöstem Sicherheitselement. In der Praxis wird sich in der Aussparung in der Regel kein gleichmäßiger blauer Farbeindruck einstellen, da das Ausmaß die Druckbeanspruchung vom Rand der Aussparung 86 zur Mitte hin zunimmt. Typischerweise erscheint das Folienelement 30 daher am Rand der Aussparung 64 noch grün und in der Mitte der Aussparung blau.
8 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Sicherheitselements 800 mit einem Merkmalsbereich 810 mit Elastomer 802 und darin eingebetteten photonischen Kristallen (nicht gezeigt) gemäß einer Ausführungsform.
Das Elastomer 802 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Beschichtung auf einem Trägersubstrat 806 ausgebildet. Ein solches Trägersubstrat 806 kann gegebenenfalls nach einem Transfer des Sicherheitselements auf einen Zieldatenträger abgezogen werden. Das Trägersubstrat 806 weist eine erste und eine zweite Hauptfläche HF1T, HF2T auf. Auf die Darstellung von Klebstoffschichten und/oder Releaseschichten wurde verzichtet und sind nicht eingezeichnet. Insbesondere kann das Sicherheitselement 800 weitere Schichten umfassen, die an/auf dem Elastomer 802 bzw. dem Trägersubstrat 806 angeordnet sind. Beispielsweise kann das Elastomer 802 auf der ersten Hauptfläche HF1T weitere Farbschichten aufweisen, beispielsweise kann die dunkle Schicht 804 zwischen dem Elastomer 802 und solchen weiteren Farbschichten angeordnet sein.
Vorzugsweise weist das Elastomer 802 eine erste Hauptfläche HF1E und eine zweite Hauptfläche HF2E auf, die einander gegenüber stehen. Vorzugsweise ist eine dunkle Schicht/Beschichtung 804 auf/an der ersten Hauptfläche HF1E des Elastomers angeordnet. Ein Betrachter kann von der Seite der zweiten Hauptfläche HF2E auf das Elastomer 802 blicken, d. h. aus der Blickrichtung BR, um eine Farbänderung bei äußerer Kräfteinwirkung wahrzunehmen.
Vorzugsweise ist die dunkle Schicht/Beschichtung 804 eine elastische Schicht. Vorzugsweise weist die elastische Schicht 804 ähnliche oder gleiche Verformungseigenschaften wie das Elastomer 802 auf. Insbesondere kann die elastische Schicht 804 aus dem gleichen (Grund-)Material wie das Elastomer 802 bestehen mit dem Unterschied, dass die elastische Schicht 804 keine photonischen Kristalle aufweist, sondern Farbpigmente oder Farbstoffe zur Einfärbung der Schicht. Für die Einfärbung bieten sich zum Beispiel Ruß oder eine Mischung aus Bundpigmenten, wie gelb, rot und blau, an, um einen schwarzen Farbeindruck zu erzeugen.
Weiterhin vorzugsweise kann auf der zweiten Hauptfläche HF2E des Elastomers 802 eine transluzente Interferenzbeschichtung 808 aufgebracht sein. Wirken äußere Kräfte den Merkmalsbereich 810, kann ein Betrachter eine Mischfarbe aus der Farbe des photonischen Kristalls des Elastomers 802 und der Farbe der transluzenten Interferenzbeschichtung 808 wahrnehmen. Weiterhin vorzugsweise kann eine Schicht/Beschichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die die Dehnbarkeit des Merkmalsbereichs oder eines Teilbereichs des Merkmalsbereichs verringert. Beispielsweise kann als Schicht/Beschichtung eine Stabilisierungsfolie verwendet werden. In dem Bereich wo die Stabilisierungsfolie verwendet wird, müssen dann höhere Zug- und/oder Druckkräfte aufgebracht werden, um eine Farbänderung zu erzielen. Beispielsweise könnte eine solche Stablilisierungsfolie auf einer der Hauptflächen HF1T, HF2T des Trägersubstrats 806 aufgebracht sein. Alternativ könnte eine solche Stablilisierungsfolie auf der Hauptflächen HF1E des Elastomers 802 bzw. auf der Schicht 804 aufgebracht sein.
Weiterhin kann eine Schicht mit einem weiteren Elastomer, das einen photonischen Kristall bildet, vorgesehen sein. Diese Schicht kann an/auf der opaken Schicht 804 angeordnet sein, so dass sich die opake Schicht 804 zwischen dem Elastomer 802 und der Schicht mit dem weiteren Elastomer (nicht gezeigt) befindet. Vorzugsweise unterscheidet sich das visuelle Erscheinungsbild von dem Elastomer 802 und dem weiteren Elastomer voneinander.
9 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Sicherheitselements 900 mit zwei Merkmalsbereichen 910a, 910b.
Die Merkmalsbereiche 910a, 910b weisen die Elastomere 902a, 902b und darin eingebetteten photonischen Kristallen (nicht gezeigt) gemäß einer Ausführungsform.
Die Elastomere 902a, 902b ist in diesem Ausführungsbeispiel als Beschichtung auf einem Trägersubstrat 906 ausgebildet. Ein solches Trägersubstrat 906 kann gegebenenfalls nach einem Transfer des Sicherheitselements auf einen Zieldatenträger abgezogen werden. Das Trägersubstrat 906 weist eine erste und eine zweite Hauptfläche HF1T, HF2T auf.
Die Elastomere 902a, 902b weisen eine erste Hauptfläche HF1Ea bzw. HF1Eb und eine zweite Hauptfläche HF2Ea bzw. HF2Eb auf, die einander gegenüber stehen. Im ersten Merkmalsbereich 910a ist eine dunkle Schicht/Beschichtung 904a auf/an der zweiten Hauptfläche HF2Ea des Elastomers 902a angeordnet. Ein Betrachter kann von der Seite der zweiten Hauptfläche HF2Ea nicht auf das Elastomer 902a blicken, d. h. aus der Blickrichtung BR1. Jedoch kann ein Betrachter von der Seite der ersten Hauptfläche HF1Ea auf das Elastomer 902a blicken, d. h. aus der Blickrichtung BR2, um eine Farbänderung bei äußerer Krafteinwirkung wahrzunehmen.
Der zweite Merkmalsbereich 910b ist analog wie zu 8 erläutert aufgebaut.
Die Merkmalsbereiche 910a, 910b können direkt aneinander grenzen, wie in 9 gezeigt oder einen Abstand voneinander aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Trägersubstrat 906 eine variierende Schichtdicke aufweisen, wie in 9 beispielshaft gezeigt.
Bezugszeichenliste

10: Banknote
12: piezochromes Sicherheitselement
14: Fensterbereiche
16: Längsachse
20: Falz
22: erste Bereiche
24: zweite Bereiche
30: piezochromes Folienelement
32: Merkmalsbereich
34: Elastomer
36: magnetisch ausrichtbare Partikel
38: Gitterebenen
40: externer Magnet
42: Zugbelastung
44: Druckbelastung
50: Passbuch
52: Falz
54: Referenzfarbelement
56: Innenseite
58: Referenzfarbelement
55: Außenseite
60: Passbuch
62: Buchdeckel
64: Aussparung
66: Innenseite
68: gegenüberliegende Innenseite
70: taktile Strukturen
72: gedehnte Bereiche
80: Identifikationskarte
82: äußeren Lagen
84: mittlere Lage
86: Aussparung
88: Druckbelastung
90: Betrachter

Claims

Piezochromes Sicherheitselement zur Absicherung von Wertgegenständen, mit zumindest einem Merkmalsbereich, der ein Elastomer und eine Vielzahl magnetisch ausrichtbarer Partikel aufweist, die aus Magnetit und/oder superparamagnetischen Partikeln gebildet sind, wobei die magnetisch ausrichtbaren Partikel in dem Elastomer magnetisch in Form eines regelmäßigen Gitters angeordnet sind um einen photonischen Kristall zu bilden, und wobei der Merkmalsbereich ohne äußere Krafteinwirkung ein erstes visuelles Erscheinungsbild zeigt, und bei Beaufschlagung von Zug- und/oder Druckkräften aufgrund einer Änderung der Gitterabstände des regelmäßigen Gitters des photonischen Kristalls ein zweites visuelles Erscheinungsbild zeigt, das gegenüber dem ersten visuellen Erscheinungsbild eine wahrnehmbare Farbtonänderung aufweist.
Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisch ausrichtbaren Partikel Nanopartikel mit einer Größe unterhalb von 100 nm sind, oder dass die magnetisch ausrichtbaren Partikel Agglomerate aus Nanopartikeln mit einer Größe unterhalb von 100 nm und mit einer Agglomeratgröße zwischen 100 und 300 nm sind.
Sicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich beim Kippen des Sicherheitselements im Wesentlichen farbkonstant bleibt und/oder der Merkmalsbereich maschinenlesbar ist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich mehrere Teilbereiche mit unterschiedlichen Anordnungen der magnetisch ausrichtbaren Partikel aufweist, wobei die Teilbereiche vorteilhaft unterschiedliche erste visuelle Erscheinungsbilder und/oder unterschiedliche zweite visuelle Erscheinungsbilder zeigen; und/oder der Merkmalsbereich mehrere Teilbereiche mit unterschiedlichen Verformungseigenschaften aufweist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der photonische Kristall des Merkmalsbereichs in zumindest einem Teilbereich ohne äußere Krafteinwirkung Licht im infraroten Spektralbereich reflektiert und bei Beaufschlagung von Zug- und/oder Druckkräften aufgrund einer Änderung der Gitterabstände des regelmäßigen Gitters des photonischen Kristalls Licht im sichtbaren Spektralbereich reflektiert, oder dass der photonische Kristall des Merkmalsbereichs in zumindest einem Teilbereich ohne äußere Krafteinwirkung Licht im sichtbaren Spektralbereich reflektiert und bei Beaufschlagung von Zug- und/oder Druckkräften aufgrund einer Änderung der Gitterabstände des regelmäßigen Gitters des photonischen Kristalls Licht im ultravioletten Spektralbereich reflektiert.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elastischen Siliconen, Acrylaten, Polyesteracrylaten, Kautschuken, Polyisobuten, Polyurethanen und Polyvinylbutylaten.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer mit den magnetisch ausrichtbaren Partikeln eine Folie bildet, deren Dicke unterhalb von 1000 μm, bevorzugt unterhalb von 600 μm und besonders bevorzugt unterhalb von 300 μm, und weiter bevorzugt oberhalb von 10 μm liegt.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer im Wesentlichen transparent und farblos ist; und/oder das Elastomer neben den magnetisch ausrichtbaren Partikeln weitere Merkmalsstoffe aufweist, insbesondere Lumineszenzstoffe oder IR-absorbierende Stoffe; und/oder die magnetisch ausrichtbaren Partikel mit einer Merkmalsbeschichtung versehen sind, die den Partikeln Lumineszenz- oder IR-absorbierende Eigenschaften verleiht.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisch ausrichtbaren Partikel mit einer hydrophoben Beschichtung versehen sind; und/oder die magnetisch ausrichtbaren Partikel mit transparenten, mechanisch wirkenden Abstandhaltern ausgestattet sind.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich insgesamt und/oder Teilbereiche des Merkmalsbereichs mit unterschiedlichen Anordnungen der magnetisch ausrichtbaren Partikel in Form von Zeichen, Mustern oder einer Codierung ausgebildet sind.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Merkmalsbereichs eine Funktionsschicht angeordnet ist, die durch die Farbtonänderung des Merkmalsbereichs beeinflussbar ist, insbesondere dass die Funktionsschicht durch eine UV- oder IR-absorbierende Schicht gebildet ist.
Datenträger, insbesondere Banknote, mit einem Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Datenträger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Merkmalsbereich des piezochromen Sicherheitselements in einer Aussparung des Datenträgers angeordnet ist, in welcher der Merkmalsbereich druckbeaufschlagbar ist, vorzugsweise, dass der Merkmalsbereich von einer Datenträgerseite her druckbeaufschlagbar ist und die resultierende Farbtonänderung auf der gegenüberliegenden Datenträgerseite visuell wahrnehmbar ist; oder der Merkmalsbereich des piezochromen Sicherheitselements in einem dehnbaren oder biegbaren Bereich des Datenträgers angeordnet ist; oder der Datenträger in einem Teilbereich taktile Reliefstrukturen aufweist und der Merkmalsbereich des piezochromen Sicherheitselements durch Biegen, Falten, Knicken oder Klappen des Datenträgers in Druckkontakt mit den taktilen Reliefstrukturen bringbar ist.
Datenträger nach Anspruche 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträger zumindest ein Referenzfarbelement aufweist, dessen Farbton dem Farbton des ersten oder zweiten visuellen Erscheinungsbilds des Merkmalsbereichs entspricht.
Verfahren zum Herstellen eines piezochromen Sicherheitselements nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem – in ein noch nicht gehärtetes Elastomer eine Vielzahl magnetisch ausrichtbarer Partikel eingebracht werden, – die magnetisch ausrichtbaren Partikel durch zumindest ein äußeres Magnetfeld in Form eines regelmäßigen Gitters ausgerichtet werden um einen photonischen Kristall zu bilden, vorzugsweise wird das Magnetfeld durch eine Magnetplatte mit Oberflächenrelief und/oder einer Vielzahl von Einzelmagneten erzeugt, und – das Elastomer bei angelegtem Magnetfeld mit den ausgerichteten Partikeln getrocknet und/oder gehärtet oder/und chemisch vernetzt wird.