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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitselement mit einem mittels Laserlithographie eingebrachten optischen Sicherheitsmerkmal, umfassend eine transparente polymere Folie und eine direkt oder mittelbar auf die Folie aufgebrachte Farbschicht.
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Sicherheitselemente mit einer transparenten Folie als Trägermaterial sind hinlänglich bekannt. In Form von Klebeetiketten mit geprägten Hologrammen, Kinegrammen oder anderen optisch variablen Elementen werden sie oft für Fälschungssicherung oder Fälschungsschutz verwendet.
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In vielen Fällen wird dazu eine Folie mit Hilfe eines fein strukturierten Prägewerkzeugs mit einer Prägestruktur (Reliefstruktur) versehen, oder ein auf eine Folie dünn aufgebrachter Lack wird mit einer Prägung versehen. Mit Hilfe eines darauf folgenden Metallisierungsschrittes lässt sich die Struktur in Reflexion als phasenmodulierende Struktur beobachten. Ebenso kann eine Folie, oder eine Folie mit geeigneter Lackschicht, zunächst metallisiert und anschließend geprägt werden. Auch hier wird im Resultat eine in Reflexion beobachtbare phasenmodulierende Struktur erzeugt.
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Der Metallisierungsschritt erfolgt in vielen Fällen durch Vakuumbedampfung oder durch Sputterprozesse. Die resultierende Metallisierung ist somit vollflächig. Es können aber auch partielle Metallisierungen vorgenommen werden, indem zum Beispiel zunächst eine partielle Release-Schicht-Bedruckung auf der Folie vorgenommen wird. Nach einer darauffolgenden Bedampfung kann die Release-Schicht und damit die Metallisierung partiell entfernt werden.
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Neben Prägeprozessen zur Erzeugung optischer Sicherheitselemente, bzw. optisch variabler Elemente, sind ebenso Laserlithographieverfahren bekannt. Mit Hilfe eines fokussierten, gepulsten Laserstrahls wird hierbei eine Folie, die mit einer Metallisierung versehen ist, derart bearbeitet, dass die in der Metallisierungsschicht fokussierte Laserstrahlung zu einer lokalen, mikroskopischen Demetallisierung führt. In vorberechneter Verteilung angeordnet ergeben viele solcher Demetallisierungspunkte die erwünschte optisch variable Struktur. Beispielsweise können diese Demetallisierungspunkte auf einem orthogonalen Raster in X- und Y-Richtung angeordnet sein. Der Durchmesser der aus dem Lithographieschritt resultierenden Demetallisierungspunkte ist dabei im Wesentlichen abhängig von der Intensitätsverteilung des Laserlichtes im Fokusbereich und der eingebrachten Energie des Laserpulses, aber auch von der Schichtdicke der Metallisierung. Wünschenswert ist ein Durchmesser der Demetallisierungspunkte in der Größe der Rasterabstände des orthogonalen Rasters.
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Untersuchungen in Tobias Kresse, „Realisierung eines zylinderförmigen Volumendatenspeichers“, Dissertation Universität Heidelberg, 2005, zeigen eine Abhängigkeit der Schichtdicke einer Metallisierung und der sich daraus ergebenden optischen Absorption für Licht im sichtbaren Bereich. Mit zunehmender Schichtdicke wächst auch die Absorption, die dann am sogenannten Perkolationspunkt ein Maximum durchläuft und daraufhin mit weiter zunehmender Schichtdicke wieder abfällt. Für Aluminium beispielsweise wird so eine maximale Absorption von ca. 20% bis 25% erreicht. Diese Absorption wird während des Lithographieprozesses genutzt, um die Metallschicht während des Laserpulses kurzzeitig zu erhitzen. In Folge entsteht ein "Demetallisierungspunkt". Wird eine solche Schichtdicke mit maximaler Absorption gewählt, bietet sich die Möglichkeit eines stabilen Lithographieprozesses mit erwünscht gleichbleibend großen Durchmessern der Demetallisierungspunkte, da Schwankungen der Metallisierungsschichtdicke nur geringe Absorptionsschwankungen ergeben. Ebenso ergibt sich, dass eine Struktur mit geringer Laserleistung und damit effizient erzeugt werden kann, da eine hohe Absorption vorliegt. Als nachteilig stellt sich jedoch heraus, dass die Schichtdicke maximaler Absorption zu einer Reflexion von nur ca. 50% führt. Derartige Bedampfungen erscheinen nicht typisch spiegelnd, sondern leicht gräulich und mindern die Sichtbarkeit des eingebrachten Sicherheitsmerkmals.
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EP 2 005 425 B1 offenbart ein holographisches Speichermaterial mit einer Polymerfolie, eine darauf aufgebrachte metallische erste Schicht mit einer relativ geringen Schichtdicke, die im Bereich eines Absorptionsmaximums liegt, um hohe Absorption zu erreichen, gefolgt von einer nichtmetallischen zweiten Schicht, gefolgt von einer metallischen dritten Schicht mit einer höheren Schichtdicke als die erste Schicht. Es wird somit ein Aufbau erzeugt, der sowohl eine hohe Absorption (durch die erste Schicht), als auch eine hohe Reflexion und optische Dichte (durch die dritte Schicht) zeigt. Maßgeblich für die Eigenschaft dieses Dreischichtaufbaus ist, dass die beiden metallischen Schichten durch die zweite Schicht elektrisch voneinander getrennt sind. Die Leitfähigkeitseigenschaften der ersten und der dritten Schicht bestimmen im Wesentlichen ihre jeweiligen optischen Eigenschaften. Auf diese Weise lässt sich ein lithographisch belichtbares Material herstellen, dass eine gegenüber Schichtdickenschwankungen stabile und zugleich hohe Absorption aufweist und somit einen stabilen und effizienten Lithographieprozess ermöglicht und zudem eine hohe Reflexion aufweist, die eine eingebrachte Struktur bei späterer Verwendung klar sichtbar erscheinen lässt. Nachteilig an diesem Prozess ist der aufwändige und damit kostenintensive Herstellungsprozess dreier Dünnschichten durch Bedampfung oder Sputtering.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitselement bereitzustellen, das eine hohe Absorption, hohe Reflexion, hohe Prozessstabilität und einfache Herstellungsmöglichkeiten vereint.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement umfasst eine transparente Folie und eine darauf aufgebrachte metallpigmenthaltige Farbschicht. Die vorliegende Erfindung hat erkannt, dass die optische Absorption einer solchen Farbschicht bei großer Variation der Farbschichtdicke konstant bleibt. Maßgeblich für die Absorption ist nämlich das einzelne metallische Pigment, das von benachbarten Pigmenten elektrisch isoliert in der Farbschicht vorliegt.
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Somit wird über die Schichtdicke eines einzelnen Pigmentes die optische Eigenschaft bestimmt.
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Mit der erfindungsgemäßen Metallpigmentfarbe können optische Eigenschaften erzielt werden, die bei erheblich variierender Farbschichtdicke nahezu gleichbleibende Absorptionen für einen Lithographieprozess aufweisen. Weiterhin können Farben mit Metallpigmenten eine hohe Absorption aufweisen. Es ergibt sich daher eine hohe Prozessstabilität des Lithographieprozesses, beispielsweise bezüglich Schwankungen der Laserleistung oder Schwankungen der Fokuslage zur absorbierenden Schicht und damit einhergehenden Schwankungen der Intensitätsverteilung in der absorbierenden Schicht. Die benötigte Laserleistung ist darüber hinaus vergleichsweise gering. Die per Absorption in die Pigmente bzw. die Farbschicht eingebrachte Energie führt zu einer Verdrängung von Metall und somit zu einem "Demetallisierungspunkt". Es zeigt sich, dass Folien mit Metallpigment-Auftrag mit einer optischen Dichte von ca. OD 0,5 bis hin zu einer optischen Dichte von ca. OD 1,5 mit identischen Laserpulsleistungen erfolgreich belichtet werden können.
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Die Farbschicht enthält metallische Pigmente mit vorzugsweise relativ großem mittleren Durchmesser von mindestens 1 μm, in bestimmten Ausführungsformen vorzugsweise mindestens 2 μm oder mindestens 5 μm oder mindestens 10 μm. Für bestimmte Druckverfahren, beispielsweise Inkjet-Druck, kann ein mittlerer Durchmesser von höchstens 50 μm, weiter vorzugsweise höchstens 30 μm, noch weiter vorzugsweise höchstens 20 μm oder 15 μm vorteilhaft sein. Die Metallpigmente sind vorzugsweise scheibenförmig mit einer im Verhältnis zum Durchmesser geringen Dicke. Die mittlere Dicke liegt zwischen 10 nm und 200 nm, vorzugsweise zwischen 10 nm und 150 nm. Der Durchmesser der metallischen Pigmente liegt vorzugsweise in einem engen Bereich um den mittleren Durchmesser. Vorteilhaft weisen weniger als 10% der metallischen Pigmente einen mittleren Durchmesser auf, der weniger als halb so groß ist wie der mittlere Durchmesser aller Pigmente, und/oder weniger als 10% der metallischen Pigmente weisen einen mittleren Durchmesser auf, der mehr als doppelt so groß ist wie der mittlere Durchmesser aller Pigmente.
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Die Farbschicht kann direkt, d.h. unmittelbar, auf der Folie angeordnet sein. Alternativ können sich zwischen der Folie und der Farbschicht eine oder mehrere weitere Schichten befinden, beispielsweise ein Haftvermittler und/oder eine Lackschicht.
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Eine vorteilhafte Bedruckung der Folie führt zu einer Anordnung der Pigmente mit überwiegender oder sogar nahezu vollständiger Parallelität der Pigmente zur Folienoberfläche. Es entsteht eine Spiegelschicht von hoher optischer Qualität mit nur geringer Streuung. Durch einen Druckschritt können Farbschichten entstehen, die mehrere übereinander und überwiegend bzw. nahezu parallel zueinander angeordnete Pigmente enthalten. Die Pigmente untereinander berühren sich jedoch vorteilhaft nicht und sind damit vorteilhaft elektrisch voneinander isoliert angeordnet.
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Vorteilhaft für die Einbringung eines optischen Sicherheitsmerkmals ist, dass die Metallisierung in einem erfindungsgemäßen Schichtsystem auf einfache Weise batch-weise oder alternativ auf Stückebene individuell gestaltet werden kann. Bedruckungen in nicht vollflächiger Form durch klassische Druckverfahren, beispielsweise Siebdruck oder Tiefdruck, sind möglich. Aber auch für Inkjet-Prozesse geeignete Tinten mit metallischen Pigmenten sind möglich und erlauben die Herstellung lithographietauglicher Schichtsysteme. Vorteilhaft ist eine Korrelation zwischen einer per menschlichem Auge sichtbaren Information einer Bedruckung und einem darin zumindest in Teilen eingebrachten optischen Sicherheitsmerkmal möglich.
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Der Schichtaufbau aus Folie und Farbschicht kann in einer Ausführungsform ohne weitere Zwischenschritte lithographisch bearbeitet und dann weiterverarbeitet werden. In einer alternativen Ausführungsform kann der Schichtaufbau zunächst mit einer oder mehreren weiteren Schichten versehen werden, beispielsweise einer farbigen Farbschicht oder einer Kleberschicht ggf. mit Linern oder Heißklebern oder anderen Schichten, bevor ein Lithographieprozess durchgeführt wird. Weiterhin ist es möglich, dass die Metall-Pigment-Farbschicht durch Zugabe geeigneter Farben eingefärbt wird und sich somit ein farbig metallisch glänzendes Sicherheitsmerkmal ergibt. Obwohl während des Lithographieprozesses meistens eine mikroskopische Demetallisierung stattfindet, sind dennoch Prozessparameter möglich, die in einem solchen Schichtaufbau eine Brechungsindexänderung der Folie oder eine Reliefbildung erzeugen und damit im Resultat keine optische amplitudenmodulierende Struktur sondern eine optische phasenmodulierende Struktur darstellen.
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Wenn sich die Farbschicht in einer Ausführungsform an Luft befindet, also nicht von einer weiteren Schicht, beispielsweise einer Kleberschicht, bedeckt ist, kann sie auch mikroskopisch ablatiert werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
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1 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements;
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2 eine schematische Darstellung eines Metallpigments in einer vorteilhaften Ausführung; und
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3 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines erfindungsgemäßen Sicherheitselements in einer weiteren Ausführungsform.
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Das Sicherheitselement 10 ist beispielsweise ein Etikett zur Anbringung auf einem Produkt oder einer Verpackung zum Zwecke des Fälschungsschutzes. Zur Herstellung des Sicherheitselements 10 wird zunächst eine transparente Polymerfolie 11 aus einem Kunststoff bereitgestellt, welche den überwiegenden Teil der Dicke des Sicherheitselements 10 darstellt und als Substrat bzw. Trägerfolie dient. Die Polymerfolie 11 wird danach mit einer Metallpigmente 12, insbesondere Aluminiumpigmente, enthaltenden Farbe 13 bzw. einem Lack bedruckt, beispielsweise mittels Digitaldruck, um eine Metallpigmente 12 enthaltende Farb- oder Lackschicht 14 zu erzeugen. Die Metallpigmente 12 bilden den größten Anteil an Zusatzstoffen in der Farbschicht 14. Die Schichtdicken sind in 1 nicht maßstabsgetreu wiedergegeben, vielmehr ist die Dicke der Folie 11 im Verhältnis zur Dicke der Farbschicht 14 erheblich größer als in 1 dargestellt. Die Metallpigmente 12 führen zur Ausbildung einer optisch wahrnehmbaren spiegelnden Farbschicht 14.
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Ein Aluminiumpigment 12 ist beispielhaft in 2 vergrößert dargestellt. Der mittlere Durchmesser D des Metallpigments 12 ist der Durchmesser eines Kreises gleicher Fläche wie die Fläche des Metallpigments 12 in einer Draufsicht. Die Metallpartikel 12 haben die Form einer flachen Scheibe.
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Die Metallpigmente 12 sind in der Farbschicht 14 vorteilhaft überwiegend etwa parallel zueinander und etwa parallel zum Schichtverlauf angeordnet.
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In einem nachfolgenden Schritt wird ein optisches Sicherheitsmerkmal mittels Laserlithographie in die Farbschicht 14 eingebracht. Das Sicherheitsmerkmal kann individualisierte Information enthalten, um das Sicherheitsmerkmal möglichst fälschungssicher zu machen. Dies kann beispielsweise ein Hologramm umfassen, insbesondere ein Phasenhologramm und/oder ein Amplitudenhologramm. Es können aber auch andere optisch erkennbare Strukturen eingebracht werden. Durch die laserlithographische Bearbeitung werden diffraktive und/oder nicht-diffraktive mikroskopische Strukturen in der Farbschicht 14 gebildet. Genauer wird mit Hilfe eines fokussierten, gepulsten Laserstrahls die metallisierte Folie derart bearbeitet, dass die in der Metallisierungsschicht 14 fokussierte Laserstrahlung zu einer lokalen, mikroskopischen Demetallisierung führt (laserinduzierte Materialverdrängung und/oder Ablation). In vorberechneter Verteilung angeordnet ergeben viele solcher Demetallisierungspunkte die erwünschte optisch variable Struktur. Beispielsweise können diese Demetallisierungspunkte auf einem orthogonalen Raster in X- und Y-Richtung angeordnet sein.
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In der Ausführungsform gemäß 3 ist zusätzlich zu dem in 1 gezeigten Schichtaufbau eine Kleberschicht 15 vorgesehen, die insbesondere an der der Folie 11 abgewandten Seite der Farbschicht 14 angebracht ist. Das Sicherheitselement 10 ist hier beispielsweise als Klebeetikett ausgeführt. Die Kleberschicht 15 kann mit einem nicht gezeigten Substrat oder Release Liner verbunden sein. In dieser Ausführungsform kann die lithographische Bearbeitung alternativ entweder vor oder nach der Aufbringung der Kleberschicht 15 und/oder weiterer Schichten erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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