DE102018004052A1

DE102018004052A1 - Optically variable security element with reflective surface area

Info

Publication number: DE102018004052A1
Application number: DE102018004052.7A
Authority: DE
Inventors: Raphael Dehmel; Christian Fuhse; Kai Herrmann Scherer; Maik Rudolf Johann Scherer
Original assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2019-11-21
Also published as: WO2019219237A1; CN111757812B; EP3793841B1; CN111757812A; EP3793841A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisch variables Sicherheitselement (12) zur Absicherung von Wertgegenständen, mit einem Träger (22) mit einem reflektiven Flächenbereich (20), dessen Ausdehnung eine x-y-Ebene und eine darauf senkrecht stehende z-Achse definiert, wobei der reflektiven Flächenbereich (20) eine Vielzahl von reflektiven Teilbereichen (30) enthält und jeder Teilbereich (30) mehrere, gleich orientierte reflektive Facetten (32) aufweist, und eine Orientierung jeder Facette (32) relativ zur x-y-Ebene durch die Angabe ihres normalisierten Normalenvektors (n) bestimmt ist, die Projektion des Normalenvektors in die x-y-Ebene eine Neigungsrichtung (r) der Facette definiert, die Länge (L) einer Facette ihre Abmessung in Neigungsrichtung, die Breite (B) einer Facette ihre Abmessung senkrecht zur Neigungsrichtung in der x-y-Ebene, und die Höhe (H) einer Facette ihre Abmessung in z-Richtung ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass in den reflektiven Teilbereichen (30) die gleich orientierten Facetten (32) entlang ihrer gemeinsamen Neigungsrichtung (r) mit abnehmender Länge (L) und abnehmender Höhe (H) angeordnet sind.The invention relates to an optically variable security element (12) for securing valuables, comprising a support (22) having a reflective area (20) whose extent defines an xy plane and a z-axis perpendicular thereto, the reflective area ( 20) includes a plurality of reflective portions (30) and each portion (30) includes a plurality of similarly oriented reflective facets (32) and an orientation of each facet (32) relative to the xy plane by indicating its normalized normal vector (s). is determined, the projection of the normal vector into the xy plane defines a tilt direction (r) of the facet, the length (L) of a facet defines its dimension in the tilt direction, the width (B) of a facet its dimension perpendicular to the tilt direction in the xy plane , and the height (H) of a facet is its dimension in the z-direction. According to the invention, it is provided that in the reflective subregions (30) the identically oriented facets (32) are arranged along their common inclination direction (r) with decreasing length (L) and decreasing height (H).

Description

Die Erfindung betrifft ein optisch variables Sicherheitselement zur Absicherung von Wertgegenständen, mit einem Träger mit einem reflektiven Flächenbereich, der eine Vielzahl von reflektiven Teilbereichen enthält, wobei jeder Teilbereich mehrere, gleich orientierte reflektive Facetten aufweist.The invention relates to an optically variable security element for securing valuables, comprising a support having a reflective surface area which contains a multiplicity of reflective subregions, each subarea having a plurality of identically oriented reflective facets.

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.Data carriers, such as valuables or identity documents, or other valuables, such as branded articles, are often provided with security elements for the purpose of security, which permit verification of the authenticity of the data carriers and at the same time serve as protection against unauthorized reproduction.

Eine besondere Rolle bei der Echtheitsabsicherung spielen Sicherheitselemente mit betrachtungswinkelabhängigem oder dreidimensionalem Erscheinungsbild, da diese selbst mit modernsten Kopiergeräten nicht reproduziert werden können. Dazu sind die Sicherheitselemente mit optisch variablen Elementen ausgestattet, die dem Betrachter unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln einen unterschiedlichen Bildeindruck vermitteln und beispielsweise je nach Betrachtungswinkel einen anderen Farb- oder Helligkeitseindruck und/oder ein anderes graphisches Motiv zeigen. Im Stand der Technik sind dabei als optisch variable Effekte beispielsweise Bewegungseffekte, Pumpeffekte, Tiefeneffekte, Reliefeffekte oder Flipeffekte beschrieben, die mit Hilfe von Hologrammen, Mikrolinsen oder Mikrospiegeln realisiert werden.Security elements with a viewing angle-dependent or three-dimensional appearance play a special role in the authentication of authenticity, as they can not be reproduced even with the most modern copiers. For this purpose, the security elements are equipped with optically variable elements which give the viewer a different image impression under different viewing angles and, for example, show a different color or brightness impression and / or another graphic motif depending on the viewing angle. In the prior art, for example, motion effects, pump effects, depth effects, relief effects or flip-effects that are realized with the aid of holograms, microlenses or micromirrors are described as optically variable effects.

Hologramm-basierte optisch variable Elemente sind weit verbreitet, ihre Auffälligkeit und Wiedererkennbarkeit sind allerdings durch ihre relativ geringe Brillanz und die diffraktive Farbaufspaltung des reflektierten Lichts beeinträchtigt. Darüber hinaus bieten sie aufgrund ihrer verhältnismäßig leichten Herstellbarkeit eine geringere Fälschungssicherheit als auf Mikrolinsen- oder Mikrospiegel-Strukturen basierende Sicherheitselemente.Hologram-based optically variable elements are widely used, but their conspicuousness and recognizability are hampered by their relatively low brilliance and diffractive color splitting of the reflected light. Moreover, because of their relatively easy manufacturability, they offer a lower security against forgery than security elements based on microlens or micromirror structures.

Die Umsetzung der oben genannten optisch variablen Effekte mit Hilfe von Mikrolinsen ermöglicht eine beleuchtungsunabhängige gute Sichtbarkeit. Mikrolinsen-Strukturen bedingen aber zumeist eine große Schichtdicke des Sicherheitselements. Auch ist die Herstellung von Mikrolinsen-basierten Echtheitsmerkmalen mit einigen technischen Herausforderungen verbunden: In der Motivschicht unter der Linsenschicht müssen nur wenige Mikrometer große Motive mit hoher Qualität dargestellt werden, und sowohl die Linsenschicht als auch die Motivschicht müssen mit hoher Rastertreue hergestellt werden. In der Praxis können derzeit meist nur periodische Muster von Symbolen erzeugt werden, deren Größe auf wenige Millimeter beschränkt ist. Die Darstellung der Symbole ist dabei oft leicht verzerrt und unscharf, was den Wiedererkennungswert des Sicherheitselements herabsetzt.The implementation of the above-mentioned optically variable effects with the help of microlenses allows illumination-independent good visibility. However, microlens structures usually require a large layer thickness of the security element. Also, the fabrication of microlens-based authentication features involves a number of technical challenges: the motif layer under the lens layer requires only a few microns of high quality images to be rendered, and both the lens layer and the motif layer must be produced with high fidelity. In practice, only periodic patterns of symbols whose size is limited to a few millimeters can usually be generated at present. The representation of the symbols is often slightly distorted and blurred, which reduces the recognition value of the security element.

Eine attraktive Variante ist daher die Umsetzung optisch variabler Effekte mit Hilfe von Mikrospiegeln, die technologisch weniger komplex ist und großflächige und scharfe Motive in flachen Sicherheitselementen ermöglicht. Für eine gute Wahrnehmbarkeit und einen attraktiven visuellen Eindruck sind dabei die Helligkeit und die Brillanz der Mikrospiegel-Strukturen von besonders großer Bedeutung.An attractive variant is therefore the implementation of optically variable effects with the help of micromirrors, which is technologically less complex and allows large-area and sharp subjects in flat security elements. For good visibility and an attractive visual impression, the brightness and brilliance of the micromirror structures are particularly important.

Mikrospiegelanordnungen werden in Sicherheitselementen derzeit beispielsweise dadurch erzeugt, dass eine gewünschte Effektfläche in gleichartige Pixel einer Größe von beispielsweise 20 µm × 20 µm unterteilt wird, dass jedem Pixel eine Spiegelsteigung zugeordnet wird, also festgelegt wird, in welcher Weise die Mikrospiegel des Pixels gegenüber einer Substratebene verkippt sein sollen, und dass die Pixel dann mit keilförmigen Mikrospiegeln der jeweiligen Spiegelsteigung gefüllt werden. Die Mikrospiegel haben dabei meist eine feste Grundfläche, typischerweise 10 µm × 10 µm. Ein Beispiel einer ähnlichen Gestaltung ist in der Druckschrift EP 2 390 106 B1 beschrieben. Nachteilig ist bei solchen Gestaltungen allerdings, dass die periodische Anordnung der Mikrospiegel oft zu unerwünschten diffraktiven Effekten und farbigen Lichtreflexen führt, die das eigentlich gewünschte achromatische Erscheinungsbild der Mikrospiegelanordnung stören.Micromirror arrangements are currently produced in security elements, for example, by subdividing a desired effect area into similar pixels of a size of, for example, 20 μm × 20 μm, assigning a mirror pitch to each pixel, thus determining how the micromirrors of the pixel oppose a substrate plane should be tilted, and that the pixels are then filled with wedge-shaped micromirrors of the respective mirror slope. The micromirrors usually have a fixed base area, typically 10 μm × 10 μm. An example of a similar design is in the document EP 2 390 106 B1 described. A disadvantage of such designs, however, is that the periodic arrangement of the micromirrors often leads to undesirable diffractive effects and colored light reflections that disturb the actually desired achromatic appearance of the micromirror arrangement.

Auch aperiodische Anordnungen von Mikrospiegeln sind bekannt und beispielsweise in der Druckschrift WO 2012/ 055505 A1 beschrieben. Bei aperiodischen Anordnungen werden diffraktive Effekte weitgehend vermieden, dafür wird in der Regel eine größere Zahl an Mikrospiegeln benötigt, um einen gegebenen Flächenbereich auszufüllen, was zu einem niedrigeren Flächenverhältnis von glatten Spiegelflächen zu (in der Praxis) gerundeten Randbereichen und damit zu geringerer Brillanz führen kann.Also aperiodic arrangements of micromirrors are known and for example in the document WO 2012/055505 A1 described. In aperiodic arrangements diffractive effects are largely avoided, it usually requires a larger number of micromirrors to fill a given surface area, which can lead to a lower area ratio of smooth mirror surfaces to (in practice) rounded edge areas and thus lower brilliance ,

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein optisch variables Sicherheitselement der eingangs genannten Art anzugeben, das die Nachteile des Stands der Technik vermeidet, und bei dem insbesondere eine hohe Fälschungssicherheit mit hoher Helligkeit und Brillanz verbunden sind.Based on this, the present invention seeks to provide an optically variable security element of the type mentioned, which avoids the disadvantages of the prior art, and in which in particular a high anti-counterfeiting security are associated with high brightness and brilliance.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the features of the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei einem gattungsgemäßen Sicherheitselement definiert die Ausdehnung des reflektiven Flächenbereichs eine x-y-Ebene und eine darauf senkrecht stehende z-Achse. Die Orientierung jeder Facette relativ zur x-y-Ebene ist durch die Angabe ihres normalisierten Normalenvektors bestimmt, wobei die Projektion des Normalenvektors in die x-y-Ebene eine Neigungsrichtung der Facette definiert. Als Länge einer Facette wird ihre Abmessung in Neigungsrichtung bezeichnet, als Breite einer Facette ihre Abmessung senkrecht zur Neigungsrichtung in der x-y-Ebene, und als Höhe einer Facette ihre Abmessung in z-Richtung. Erfindungsgemäß ist nun bei einem derartigen Sicherheitselement vorgesehen, dass in den reflektiven Teilbereichen die gleich orientierten Facetten entlang ihrer gemeinsamen Neigungsrichtung mit abnehmender Länge und abnehmender Höhe angeordnet sind.In a generic security element, the extent of the reflective surface area defines an xy plane and a z-axis perpendicular thereto. The orientation of everyone Facet relative to the xy plane is determined by the indication of its normalized normal vector, where the projection of the normal vector into the xy plane defines a tilt direction of the facet. The length of a facet is its dimension in the direction of inclination, the width of a facet its dimension perpendicular to the direction of inclination in the xy-plane, and the height of a facet its dimension in the z-direction. According to the invention, it is now provided with such a security element that in the reflective subregions the identically oriented facets are arranged along their common inclination direction with decreasing length and decreasing height.

Auf diese Weise wird eine Facettenanordnung erzeugt, die ein gewünschtes Erscheinungsbild des Flächenbereichs mit hoher Helligkeit und Brillanz erzeugen kann und dennoch nirgends periodisch ist. Aufgrund der fehlenden Periodizität ist die Anordnung schwieriger nachzustellen und weist daher eine hohe Fälschungssicherheit auf. Gleichzeitig werden störende diffraktive Effekte und daraus resultierende farbige Lichtreflexe vermieden, wodurch eine größere Lichtmenge für die gewünschte Reflexion zu Verfügung steht. Gegenüber herkömmlichen aperiodischen Gestaltungen weist die jetzt vorgeschlagene Anordnung den Vorteil auf, dass eine geringe Zahl von Facetten zur Füllung eines Teilbereichs erforderlich ist. Vor allem bei flachen Facettenneigungen entstehen große zusammenhängende Flächen mit hoher Helligkeit. Zusätzlich werden durch die in Neigungsrichtung abnehmende Facettengröße gegenseitige Verschattungseffekte minimiert.In this way, a facet arrangement is created that can produce a desired appearance of the area of high brightness and brilliance and yet is nowhere periodic. Due to the lack of periodicity, the arrangement is more difficult to adjust and therefore has a high security against counterfeiting. At the same time disturbing diffractive effects and resulting colored light reflections are avoided, whereby a larger amount of light is available for the desired reflection. Compared to conventional aperiodic designs, the now proposed arrangement has the advantage that a small number of facets for filling a portion is required. Especially with shallow facet inclinations large contiguous areas with high brightness arise. In addition, due to the facet size decreasing in the direction of inclination, mutual shading effects are minimized.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die gleich orientierten Facetten zumindest in einer Teilmenge der Teilbereiche jeweils entlang ihrer gemeinsamen Neigungsrichtung mit einer um denselben konstanten Faktor abnehmenden Länge und Höhe angeordnet. Konkret ergibt sich dabei aus der Höhe und Länge der in Neigungsrichtung k-ten Facette die Höhe und Länge der nachfolgenden, in Neigungsrichtung (k+1)-ten Facette durch $H_{k+1} = f * H_{k} {und L}_{k + 1} = f * L_{k}$

mit einem Faktor f kleiner 1, welcher jeweils für den ganzen Teilbereich konstant ist. Der konstante Faktor kann auch für alle Teilbereiche der genannten Teilmenge gleich sein.In a preferred embodiment, the identically oriented facets are arranged at least in a subset of the subregions, in each case along their common inclination direction, with a length and height decreasing by the same constant factor. In concrete terms, the height and length of the following facet, which is in the direction of inclination (k + 1), results from the height and length of the facet k-th in the direction of inclination

H_{k + 1} = f * H_{k} {and L}_{k + 1} = f * L_{k}

with a factor f less than 1, which is constant for the entire subrange in each case. The constant factor can also be the same for all subregions of the subset mentioned.

Mit Vorteil liegt der konstante Faktor zwischen 0,6 und 0,95, vorzugsweise zwischen 0,75 und 0,85. In einer vorteilhaften Gestaltung sind die gleich orientierten Facetten sogar in allen Teilbereichen in der genannten Weise angeordnet.Advantageously, the constant factor is between 0.6 and 0.95, preferably between 0.75 and 0.85. In an advantageous embodiment, the identically oriented facets are arranged even in all subregions in the manner mentioned.

In einer weiteren, ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung sind die gleich orientierten Facetten zumindest in einer Teilmenge der Teilbereiche jeweils entlang ihrer gemeinsamen Neigungsrichtung mit einer von Facette zu Facette um eine konstante Höhendifferenz abnehmenden Höhe angeordnet. Konkret ergibt sich dabei aus der Höhe und Länge der in Neigungsrichtung k-ten Facette die Höhe und Länge der nachfolgenden, in Neigungsrichtung (k+1)-ten Facette durch H_k+1 = H_k - Δ. Die Länge jeder Facette ergibt sich mit dem Neigungswinkel α aus ihrer Höhe zu Lk = Hk/ tan (α). Die Höhendifferenz Δ ist jeweils für den ganzen Teilbereich konstant, sie kann allerdings sogar für alle Teilbereiche der genannten Teilmenge gleich sein.In a further, likewise advantageous embodiment, the identically oriented facets are arranged, at least in a subset of the subregions, in each case along their common inclination direction with a height decreasing from facet to facet by a constant height difference. In concrete terms, the height and length of the following facet, which is tilted in the direction of inclination (k + 1), result from the height and length of the facet kth in the direction of inclination by _{Hk + 1} = _Hk -Δ. The length of each facet is given by the inclination angle α from its height to Lk = Hk / tan (α). The height difference Δ is constant for the entire subarea, but it may even be the same for all subareas of the subset mentioned.

Mit Vorteil liegt die genannte konstante Höhendifferenz zwischen 50 nm und 400 nm, vorzugsweise zwischen 80 nm und 150 nm. In einer vorteilhaften Gestaltung sind die gleich orientierten Facetten in allen Teilbereichen in der genannten Weise angeordnet.Advantageously, said constant height difference is between 50 nm and 400 nm, preferably between 80 nm and 150 nm. In an advantageous embodiment, the identically oriented facets are arranged in all subregions in the manner mentioned.

Bei den geschilderten Varianten mit konstantem Faktor bzw. konstanter Höhendifferenz können die Höhen der Facetten zusätzlich um eine kleine, jeweils im Wesentlichen zufällig gewählte Höhenvariation variiert werden, wobei die zusätzliche im Wesentlichen zufällige Höhenvariation vorteilhaft weniger als 5%, insbesondere weniger als 2% der Ausgangshöhe vor der Höhenvariation beträgt. Die Länge der Facette wird dann entsprechend angepasst, um den Neigungswinkel konstant zu halten.In the described variants with a constant factor or constant height difference, the heights of the facets can be additionally varied by a small, each substantially randomly selected height variation, the additional substantially random height variation advantageously less than 5%, in particular less than 2% of the initial height before the height variation is. The length of the facet is then adjusted accordingly to keep the inclination angle constant.

Die gewählte Formulierung, nach der die Höhen der Facette um eine im Wesentlichen zufällig gewählte Höhenvariation variiert, trägt dabei der Tatsache Rechnung, dass eine zufällige Variation auch beispielsweise mithilfe computergenerierter „Zufallszahlen“ realisiert werden kann, die streng genommen deterministisch sind.The chosen formulation, according to which the heights of the facet vary by a substantially randomly chosen height variation, takes into account the fact that a random variation can also be realized for example by means of computer-generated "random numbers", which are strictly deterministic.

Die Höhe der Facetten des reflektiven Flächenbereichs überschreitet vorzugsweise eine Maximalhöhe H_max nicht, welche weniger als 20 µm, bevorzugt 10 µm oder weniger, besonders bevorzugt 5 µm oder weniger beträgt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass jeweils die erste, in Neigungsrichtung hinterste Facette jedes Teilbereichs mit einer Höhe ausgebildet wird, die kleiner oder gleich der Maximalhöhe ist.The height of the facets of the reflective surface area preferably exceeds a maximum height H _max not, which is less than 20 microns, preferably 10 microns or less, more preferably 5 microns or less. This can be achieved, for example, by the fact that the first, in the direction of inclination, the rearmost facet of each subregion is formed with a height that is less than or equal to the maximum height.

Die gleich orientierten Facetten grenzen mit Vorteil entlang der gemeinsamen Neigungsrichtung direkt aneinander. Alternativ können die Facetten in Neigungsrichtung auch mit einem kleinen Abstand in der x-y-Ebene angeordnet sein. Der Abstand der Facetten beträgt dabei vorteilhaft weniger als 10%, insbesondere weniger als 5% der mittleren Länge der beiden angrenzenden Facetten.The equally oriented facets advantageously adjoin one another along the common inclination direction. Alternatively, the facets may also be arranged in the tilt direction with a small distance in the x-y plane. The distance of the facets is advantageously less than 10%, in particular less than 5% of the average length of the two adjacent facets.

Die reflektiven Teilbereiche weisen zweckmäßig in der gemeinsamen Neigungsrichtung der Facetten eine Länge unterhalb von 300 µm, vorzugsweise unterhalb von 100 µm, besonders bevorzugt zwischen 20 µm bis 100 µm auf. Die reflektiven Teilbereiche können quadratisch, rechteckig, aber auch mit beliebigem Umriss ausgebildet sein. Insbesondere kann zumindest ein Teil der reflektiven Teilbereiche mit einem Umriss in Form eines Motivs, insbesondere in Form von Zeichen oder Symbolen ausgebildet sein. Bei einem allgemeinen Umriss liegt zweckmäßig die größte Abmessung der Teilbereiche in der Ebene unterhalb von 300 µm, vorzugsweise unterhalb von 100 µm, besonders bevorzugt zwischen 20 µm bis 100 µm. The reflective subregions expediently have, in the common direction of inclination of the facets, a length of less than 300 μm, preferably less than 100 μm, particularly preferably between 20 μm and 100 μm. The reflective subregions can be square, rectangular, but also formed with any outline. In particular, at least some of the reflective subregions may be formed with an outline in the form of a motif, in particular in the form of characters or symbols. In the case of a general outline, the largest dimension of the subareas in the plane is expediently below 300 μm, preferably below 100 μm, particularly preferably between 20 μm to 100 μm.

Die Breite der Facetten nimmt vorzugsweise jeweils die maximale, zur Verfügung stehende Breite eines Teilbereichs ein. Die Facettenform folgt dabei vorteilhaft dem Randverlauf des Teilbereichs, der auch schräg oder gekrümmt verlaufen kann.The width of the facets preferably each occupies the maximum, available width of a partial area. The facet shape advantageously follows the edge course of the subregion, which can also run obliquely or curved.

Vorteilhaft sind in den reflektiven Teilbereichen entlang der gemeinsamen Neigungsrichtung acht oder weniger, vorzugsweise fünf oder weniger, insbesondere zwei, drei oder vier Facetten angeordnet.Advantageously, eight or less, preferably five or less, in particular two, three or four facets are arranged in the reflective subregions along the common direction of inclination.

Die reflektiven Facetten sind mit Vorteil so orientiert, dass der reflektive Flächenbereich für einen Betrachter als gewölbte, insbesondere kontinuierlich gewölbte Fläche wahrnehmbar ist, vorzugsweise als eine in zwei Raumrichtungen gewölbte, insbesondere kontinuierlich gewölbte Fläche wahrnehmbar ist. Weiter ist mit Vorteil vorgesehen, dass die reflektiven Facetten so orientiert sind, dass der reflektive Flächenbereich beim Kippen oder Drehen des Sicherheitselements einen Bewegungseffekt, Pumpeffekt, Tiefeneffekt, Reliefeffekt und/oder Flipeffekt erzeugt.The reflective facets are advantageously oriented in such a way that the reflective area can be perceived by a viewer as a curved, in particular continuously curved surface, preferably as a surface curved in two spatial directions, in particular continuously curved. Furthermore, it is advantageously provided that the reflective facets are oriented in such a way that the reflective surface area generates a movement effect, pump effect, depth effect, relief effect and / or flip effect when the security element is tilted or rotated.

Mit Vorteil weisen die reflektiven Facetten eine metallische oder halbleitende Beschichtung, eine hochbrechende Beschichtung oder eine Beschichtung mit einer farbkippenden Schicht auf. Die farbkippende Schicht kann insbesondere als Dünnschichtsystem bzw. Dünnfilm-Interferenzbeschichtung ausgebildet sein. Dabei kann z. B. eine Schichtfolge Metallschicht - dielektrische Schicht - Metallschicht oder eine Schichtfolge aus mindestens drei dielektrischen Schichten, wobei die Brechzahl der mittleren Schicht geringer ist als die Brechzahl der beiden anderen Schichten, verwirklicht werden. Als dielektrisches Material kann z. B. ZnS, SiO₂, TiO₂, MgF₂ verwendet werden.Advantageously, the reflective facets have a metallic or semiconducting coating, a high refractive index coating or a coating with a color-shifting layer. The color-shifting layer can be designed in particular as a thin-layer system or thin-film interference coating. It can be z. B. a layer sequence metal layer - dielectric layer - metal layer or a layer sequence of at least three dielectric layers, wherein the refractive index of the middle layer is less than the refractive index of the other two layers, realized. As a dielectric material may, for. As ZnS, SiO ₂ , TiO ₂ , MgF ₂ can be used.

Die farbkippende Schicht kann auch als Interferenzfilter, dünne semitransparente Metallschicht mit selektiver Transmission durch Plasmaresonanzeffekte, Nanopartikel, etc. ausgebildet sein. Ebenso kann die farbkippende Schicht als diffraktive Reliefstruktur oder Sub-Wellenlängengitter realisiert sein.The color-shifting layer may also be formed as an interference filter, thin semitransparent metal layer with selective transmission by plasma resonance effects, nanoparticles, etc. Likewise, the color-shifting layer can be realized as a diffractive relief structure or sub-wavelength gratings.

Der reflektive Flächenbereich kann alternativ oder zusätzlich mit einer Flüssigkristallbeschichtung, vorzugsweise mit einer vollflächigen cholesterischen Flüssigkristallbeschichtung, versehen sein.The reflective surface region may alternatively or additionally be provided with a liquid crystal coating, preferably with a full-area cholesteric liquid crystal coating.

Die reflektiven Facetten stellen im Wesentlichen ebene, gegen die x-y-Ebene geneigte Flächenelemente dar, wobei die Formulierung „im Wesentlichen“ der Tatsache Rechnung trägt, dass sich in der Praxis herstellungsbedingt keine perfekt ebenen Flächenelemente erzeugen lassen. Die Facetten eines Teilbereichs sind alle gleich orientiert, wobei kleine Variationen im Neigungswinkel von wenigen Prozent möglich sind. Vorzugsweise sind die Neigungswinkel eines Teilbereichs auf weniger als 3%, bevorzugt weniger als 2%, insbesondere weniger als 1% gleich.The reflective facets represent essentially planar surface elements inclined relative to the x-y plane, the expression "substantially" taking account of the fact that in production, due to production, it is not possible to produce perfectly flat surface elements. The facets of a section are all the same orientation, with small variations in the angle of inclination of a few percent are possible. Preferably, the inclination angles of a subregion are equal to less than 3%, preferably less than 2%, in particular less than 1%.

Die Erfindung enthält auch einen Datenträger mit einem Sicherheitselement der 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.The invention also includes a data carrier with a security element of the type described. The data carrier may in particular be a value document, such as a banknote, in particular a paper banknote, a polymer banknote or a film composite banknote, a share, a bond, a certificate, a coupon , a check, a high-quality entrance ticket, as well as an identification card, such as a credit card, a bank card, a cash card, an authorization card, an identity card or a pass personalization page.

Die Erfindung enthält weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitselements der oben beschriebenen Art, bei dem

- ein Träger bereitgestellt und mit einem reflektiven Flächenbereich versehen wird, dessen Ausdehnung eine x-y-Ebene und eine darauf senkrecht stehende z-Achse definiert,
- wobei der reflektive Flächenbereich mit einer Vielzahl von reflektiven Teilbereichen und jeder Teilbereich mit mehreren, gleich orientierten reflektiven Facetten ausgebildet wird,
- wobei eine Orientierung jeder Facette relativ zur x-y-Ebene durch die Angabe ihres normalisierten Normalenvektors bestimmt ist, die Projektion des Normalenvektors in die x-y-Ebene eine Neigungsrichtung der Facette definiert, die Länge einer Facette ihre Abmessung in Neigungsrichtung, die Breite einer Facette ihre Abmessung senkrecht zur Neigungsrichtung in der x-y-Ebene, und die Höhe einer Facette ihre Abmessung in z-Richtung ist, und
- die gleich orientierten Facetten in den reflektiven Teilbereichen entlang ihrer gemeinsamen Neigungsrichtung mit abnehmender Länge und abnehmender Höhe angeordnet werden.

The invention further includes a method for producing a security element of the type described above, in which

- Provided a carrier and provided with a reflective surface area whose extension a xy Plane and a perpendicular to it z -Axis defined,
wherein the reflective surface area is formed with a multiplicity of reflective subareas and each subarea with a plurality of identically oriented reflective facets,
where orientation of each facet relative to xy Plane is determined by the specification of its normalized normal vector, the projection of the normal vector in the xy Plane defines a direction of inclination of the facet, the length of a facet defines its dimension in the direction of inclination, and the width of a facet its dimension perpendicular to the inclination direction in the inclination direction xy Level, and the height of a facet in its dimension z Direction is, and
- The identically oriented facets are arranged in the reflective portions along their common direction of inclination with decreasing length and decreasing height.

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. Further exemplary embodiments and advantages of the invention are explained below with reference to the figures, in the representation of which a representation true to scale and proportion has been dispensed with in order to increase the clarity.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen optisch variablen Sicherheitselement in Form eines aufgeklebten Transferelements,
2 eine Illustration zum Zustandekommen des dreidimensionalen Erscheinungsbilds des Sicherheitselements der 1,
3 eine perspektivische Ansicht eines reflektiven Teilbereichs, der mit fünf hintereinanderliegenden Facetten gefüllt ist,
4 eine Darstellung einer der Facetten der 3 im Detail zur Veranschaulichung der Definition der die Orientierung und Größe der Facetten beschreibenden Größen,
5 in perspektivischer Ansicht einen mit Facetten zu füllenden Teilbereich innerhalb eines reflektiven Flächenbereichs,
6 eine senkrechte Aufsicht auf den Flächenbereich und Teilbereich der 5, und
7 den Höhenverlauf der durch die Facetten des Teilbereichs gegebenen Reliefstruktur in einer Seitenansicht aus Richtung VII von 6.

Show it:

1 a schematic representation of a banknote with an optically variable security element according to the invention in the form of a glued transfer element,
2 an illustration for the realization of the three-dimensional appearance of the security element of 1 .
3 a perspective view of a reflective portion which is filled with five successive facets,
4 a representation of one of the facets of 3 in detail to illustrate the definition of the sizes describing the orientation and size of the facets,
5 in a perspective view, a partial area to be filled with facets within a reflective surface area,
6 a vertical view of the surface area and partial area of the 5 , and
7 the height profile of given by the facets of the sub-area relief structure in a side view from direction VII of 6 ,

Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten erläutert. 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10 mit einem erfindungsgemäßen optisch variablen Sicherheitselement 12 in Form eines aufgeklebten Transferelements. Es versteht sich allerdings, dass die Erfindung nicht auf Transferelemente und Banknoten beschränkt ist, sondern bei allen Arten von Sicherheitselementen eingesetzt werden kann, beispielsweise bei Etiketten auf Waren und Verpackungen oder bei der Absicherung von Dokumenten, Ausweisen, Pässen, Kreditkarten, Gesundheitskarten und dergleichen. Bei Banknoten und ähnlichen Dokumenten kommen neben Transferelementen beispielsweise auch als Sicherheitsfäden oder Sicherheitsstreifen ausgebildete Sicherheitselemente in Betracht.The invention will now be explained using the example of security elements for banknotes. 1 shows a schematic representation of a banknote 10 with an optically variable security element according to the invention 12 in the form of a glued transfer element. It should be understood, however, that the invention is not limited to transfer elements and banknotes, but can be used with all types of security elements, such as labels on goods and packaging or in the security of documents, ID cards, passports, credit cards, health cards and the like. In the case of banknotes and similar documents, in addition to transfer elements, for example, security elements designed as security threads or security strips may be considered.

Das in 1 gezeigte Sicherheitselement 12 ist selbst außerordentlich flach mit maximalen Höhendifferenzen von etwa 10 µm ausgebildet, vermittelt dem Betrachter aber dennoch einen deutlichen dreidimensionalen Eindruck des dargestellten Motivs einer scheinbar aus der Ebene der Banknote 10 herausgewölbten Wertzahl 14 hoher Helligkeit und Brillanz. Das Sicherheitselement 12 enthält hierzu einen reflektiven Flächenbereich 20, dessen Ausdehnung eine x-y-Ebene definiert, die hier mit der Oberfläche der Banknote 10 zusammenfällt. Die z-Achse steht senkrecht auf der x-y-Ebene, so dass das durch die drei Achsen gebildete Koordinatensystem ein Rechtssystem bildet.This in 1 shown security element 12 is itself extremely flat formed with maximum height differences of about 10 microns, but conveys the viewer, but still a clear three-dimensional impression of the depicted motif one apparently from the plane of the banknote 10 curved value 14 high brightness and brilliance. The security element 12 contains a reflective surface area 20 whose extent is one xy Level defined here with the surface of the banknote 10 coincides. The z-axis is perpendicular to the xy Plane, so that the coordinate system formed by the three axes forms a legal system.

Der besondere Aufbau erfindungsgemäßer optisch variabler Sicherheitselemente wird nun mit Bezug auf die 2 bis 4 näher erläutert. Zunächst illustriert 2 das Zustandekommen des dreidimensionalen Erscheinungsbilds des Sicherheitselements 12, wobei das Bezugszeichen 40 die vom Betrachter bei der Betrachtung des Sicherheitselements 12 wahrgenommene, in zwei Raumrichtungen gewölbte Fläche, beispielsweise die Wertzahl 14 der 1 darstellt.The particular structure of optically variable security elements according to the invention will now be described with reference to FIGS 2 to 4 explained in more detail. First illustrated 2 the realization of the three-dimensional appearance of the security element 12 , wherein the reference numeral 40 by the viewer when viewing the security element 12 perceived, curved in two spatial directions surface, such as the value number 14 of the 1 represents.

Im Träger 22 des Sicherheitselements 12 ist dabei nicht die vom Betrachter wahrgenommene gewölbte Fläche 40 selbst ausgebildet, sondern vielmehr eine Reliefstruktur 24 mit einer Vielzahl kleiner reflektiver Teilbereiche 30, von denen im Ausschnitt der 2 vier Teilbereiche 30-1 bis 30-4 gezeigt sind. Die Teilbereiche 30 weisen jeweils mehrere reflektive Facetten 32 auf, die innerhalb eines Teilbereichs 30 jeweils alle mit gleicher Orientierung ausgebildet sind.In the carrier 22 of the security element 12 is not the curved surface perceived by the viewer 40 self-formed, but rather a relief structure 24 with a multitude of small reflective sections 30 , of which in the cutting of the 2 four subareas 30 - 1 to 30 - 4 are shown. The subareas 30 each have several reflective facets 32 on that within a subarea 30 each are all formed with the same orientation.

Zur genaueren Erläuterung zeigt 3 eine perspektivische Ansicht eines reflektiven Teilbereichs 30, der mit fünf hintereinanderliegenden Facetten 32-1 bis 32-5 gefüllt ist. In 4 ist eine der Facetten 32 der 3 genauer dargestellt, um die Definition der die Orientierung und Größe der Facetten beschreibenden Größen zu veranschaulichen.For a more detailed explanation shows 3 a perspective view of a reflective portion 30 , which has five consecutive facets 32-1 to 32-5 is filled. In 4 is one of the facets 32 of the 3 to illustrate the definition of the quantities describing the orientation and size of the facets.

Mit Bezug zunächst auf 4 ist die Orientierung jeder Facette 32 durch die Angabe ihres normalisierten Normalenvektors n = (n_x, n_y, n_z) mit |n| = 1 und positiver z-Komponente bestimmt. Die Projektion des Normalenvektors n in die x-y-Ebene des Flächenbereichs 20 definiert eine Neigungsrichtung r in der x-y-Ebene. Die Neigungsrichtung r stellt einen in der x-y-Ebene liegenden Vektor dar, dessen Richtung die Richtung angibt, in die senkrecht einfallendes Licht von der Facette 32 reflektiert wird. Falls der Normalenvektor n in einem Teilbereich senkrecht auf der x-y-Ebene stehen sollte, kann die Neigungsrichtung dieses Teilbereichs für die nachfolgend erläuterte Konstruktion beliebig in der x-y-Ebene gewählt werden.With reference first to 4 is the orientation of every facet 32 by specifying their normalized normal vector n = (n _x, n _y, n _z) | n | = 1 and positive z-component determined. The projection of the normal vector n into the xy Level of the surface area 20 defines a direction of inclination r in the xy -Level. The inclination direction r represents one in the xy Plane lying vector whose direction indicates the direction in the perpendicular incident light from the facet 32 is reflected. If the normal vector n is in a partial area perpendicular to the xy Level, the direction of inclination of this sub-area may be arbitrary in the following xy Level can be selected.

Die Abmessungen der Facetten 32 sind nun jeweils bezogen auf ihre Neigungsrichtung r definiert, wie in 4 illustriert. Als Länge L einer Facette 32 wird ihre Abmessung in Neigungsrichtung bezeichnet, als Breite B einer Facette ihre Abmessung senkrecht zur Neigungsrichtung in der x-y-Ebene und als Höhe einer Facette ihre Abmessung in z-Richtung. Wie aus 4 unmittelbar ersichtlich, ist der Neigungswinkel α einer Facette 32 gegen die x-y-Ebene mit der Länge und der Höhe der Facette über die Beziehung tan (α) = H/L verknüpft.The dimensions of the facets 32 are now defined relative to their direction of inclination r, as in 4 illustrated. As length L of a facet 32 its dimension in the direction of inclination is referred to, as the width B of a facet its dimension perpendicular to the direction of inclination in the xy-plane and as the height of a facet its dimension in the z-direction. How out 4 immediately apparent, is the Inclination angle α of a facet 32 linked to the xy plane with the length and the height of the facet via the relationship tan (α) = H / L.

Zurückkommend auf die Darstellung der 2 sind die Facetten 32 des Flächenbereichs 20, um das Reflexionsverhalten der gewölbten Fläche 40 nachzubilden, in jedem Teilbereich 30 gerade so orientiert, dass ihr Normalenvektor n dort dem über die Ausdehnung des Teilbereichs 30 gemittelten lokalen Normalenvektor N der gewölbten Fläche 40 entspricht.Coming back to the presentation of the 2 are the facets 32 of the surface area 20 to the reflection behavior of the curved surface 40 to reproduce, in each subarea 30 oriented so that its normal vector n there over the extent of the subarea 30 averaged local normal vector N of the curved surface 40 equivalent.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Teilbereiche 30 mit quadratischem Umriss ausgebildet, sie können im Allgemeinen aber auch beliebige andere Umrissformen aufweisen, wie weiter unten im Ausführungsbeispiel der 5 bis 7 illustriert. Die Kantenlänge K bzw. die maximale Abmessung der Teilbereiche 30 in der x-y-Ebene liegt unterhalb von 300 µm und liegt insbesondere im Bereich von 20 µm bis 100 µm.In the embodiment shown, the subregions 30 formed with a square outline, but they can generally have any other outline shapes, as further down in the embodiment of 5 to 7 illustrated. The edge length K or the maximum dimension of the subregions 30 in the xy Level is below 300 microns and is in particular in the range of 20 microns to 100 microns.

Länge L und Breite B der Facetten 32 liegen oberhalb vom 3 µm, vorzugsweise oberhalb von 5 µm, und die Höhe der Facetten liegt zwischen 0 und 10 µm, vorzugsweise zwischen 0 und 5 µm, so dass der gesamte reflektive Flächenbereich Höhenunterschiede von maximal 10 µm aufweist, welche mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar sind.Length L and width B of the facets 32 are above 3 .mu.m, preferably above 5 .mu.m, and the height of the facets is between 0 and 10 .mu.m, preferably between 0 and 5 .mu.m, so that the entire reflective surface area has height differences of at most 10 .mu.m, which are imperceptible to the naked eye are.

Da die geometrische Reflexionsbedingung „Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel“ für die Reflexion von gerichtetem Licht 42 (2) nur von der lokalen Orientierung des Normalenvektors der reflektierenden Fläche 40, 24 abhängt und die Teilbereiche 30 zudem sehr klein sind und damit selbst nicht in Erscheinung treten, zeigt der reflektive Flächenbereich 20 mit der Reliefstruktur 24 im Wesentlichen dieselben Reflexionseigenschaften wie die zu imitierende dreidimensionale Fläche 40 und erzeugt daher beim Betrachter trotz seiner geringen Höhendifferenzen den ausgeprägt dreidimensionalen Eindruck der imitierten Fläche 40.Since the geometric reflection condition "angle of incidence equals angle of reflection" for the reflection of directed light 42 ( 2 ) only from the local orientation of the normal vector of the reflecting surface 40 . 24 depends and the subareas 30 Moreover, they are very small and thus do not appear themselves, as the reflective surface area shows 20 with the relief structure 24 essentially the same reflection properties as the three-dimensional surface to be imitated 40 and therefore produces in the viewer, despite its small height differences, the pronounced three-dimensional impression of the imitated surface 40 ,

Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht nun in der besonders geschickten Anordnung der Facetten 32 in den Teilbereichen 30, die zu einer hohen Helligkeit und Brillanz des Flächenbereichs 20 führt.The peculiarity of the present invention now consists in the particularly clever arrangement of the facets 32 in the subareas 30 leading to high brightness and brilliance of the area 20 leads.

Da die Facetten 32 in den Teilbereichen 30 jeweils gleich orientiert sind, also denselben Neigungswinkel α und denselben normalisierten Normalenvektor aufweisen, ist auch die in die x-y-Ebene projizierte Neigungsrichtung r für alle Facetten 32 eines Teilbereichs 30 gleich, so das in jedem Teilbereich von einer gemeinsamen Neigungsrichtung der Facetten gesprochen werden kann.Because the facets 32 in the subareas 30 are each the same orientation, ie have the same angle of inclination α and the same normalized normal vector, is also in the xy Level projected slope direction r for all facets 32 a subarea 30 same, so that in each sub-area can be spoken by a common direction of inclination of the facets.

Wie in den 2 und 3 gezeigt, sind die gleich orientierten Facetten 32 bzw. 32-1 bis 32-5 in den reflektiven Teilbereichen 30 entlang ihrer gemeinsamen Neigungsrichtung r mit abnehmender Höhe H und abnehmender Länge L angeordnet. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die in Neigungsrichtung r erste (hinterste) Facette 32-1 eines Teilbereichs 30 eine gewünschte maximale Höhe H_max aufweist und die in Neigungsrichtung r nachfolgenden Facetten 32 jeweils 80% der Höhe und 80% der Länge der vorhergehenden Facette aufweisen. Da sich Höhe und Länge der Facetten 32 dabei stets um den gleichen Faktor ändern, bleibt der Neigungswinkel, der durch tan(α) = H/L gegeben ist, unverändert.As in the 2 and 3 shown are the equally oriented facets 32 respectively. 32 - 1 to 32 - 5 in the reflective subareas 30 along its common inclination direction r with decreasing height H and decreasing length L arranged. For this purpose, it may be provided, for example, that the first (rearmost) facet in the direction of inclination r 32 - 1 a subarea 30 a desired maximum height H _max has and in the direction of inclination r subsequent facets 32 each have 80% of the height and 80% of the length of the previous facet. Because the height and length of the facets 32 always changing by the same factor, the inclination angle given by tan (α) = H / L remains unchanged.

Um ein konkretes Zahlenbeispiel anzugeben, betrage der gewünschte Neigungswinkel für einen Flächenbereich α = 30° und die erste Facette 32-1 weise als maximal gewünschte Höhe eine Höhe von H₁ = 10 µm auf. Ihre Länge L₁ ergibt dann sich aus dem Neigungswinkel α = 30° mit der Beziehung L₁ = H₁/ tan (α) zu L₁ = 17,32 µm. Die zweite Facette 32-2 schließt in Neigungsrichtung unmittelbar an die erste Facette 32-1 an, weist aber nur eine Höhe von H₂ = 0,8* H₁ = 8 µm auf. Ihre durch den Neigungswinkel α festgelegte Länge ist dann L₂ = H₂/ tan (α) = 13,86 µm, wobei nach Konstruktion automatisch auch L₂ = 0,8*L₁ gilt. Die dritte Facette 32-3 schließt in Neigungsrichtung unmittelbar an die zweite Facette 32-2 an, weist aber nur eine Höhe H₃ = 0,8* H₂ = 6,4 µm und eine durch den Neigungswinkel α gegebene Länge L₃ = H₃/ tan (α) = 11,08 µm auf, wobei auch hier wieder L₃ = 0,8*L₂ gilt. Anlog weisen die weiteren Facetten 32-4 und 32-5 Höhen von H₄ = 5,12 µm und H₅ = 4,1 µm und zugehörige Längen L₄ bzw. L₅ auf. Die Summe der Längen L₁ bis L₅ entspricht der Kantenlänge K des Teilbereichs 30. Die Breite der Facetten 32-1 bis 32-5 ist im Ausführungsbeispiel konstant und entspricht der Kantenbreite K des quadratischen Teilbereichs 30.To give a concrete numerical example, the desired angle of inclination for a surface area is α = 30 ° and the first facet 32 - 1 example, as a maximum height desired height of H ₁ = 10 microns. Its length L ₁ then results from the inclination angle α = 30 ° with the relationship L ₁ = H ₁ / tan (α) to L ₁ = 17.32 μm. The second facet 32 - 2 closes in the direction of inclination directly to the first facet 32 - 1 but only has a height of H ₂ = 0.8 * H ₁ = 8 μm. Its length defined by the angle of inclination α is then L ₂ = H ₂ / tan (α) = 13.86 μm, whereby by construction L ₂ = 0.8 * L ₁ is also automatically valid. The third facet 32 - 3 closes in the direction of inclination directly to the second facet 32 - 2 but has only a height H ₃ = 0.8 * H ₂ = 6.4 microns and a given by the inclination angle α length L ₃ = H ₃ / tan (α) = 11.08 microns, again here L ₃ = 0.8 * L ₂ applies. Anlog indicate the other facets 32 - 4 and 32 - 5 Heights of H ₄ = 5.12 μm and H ₅ = 4.1 μm and associated lengths L ₄ and L _5, respectively. The sum of the lengths L ₁ to L ₅ corresponds to the edge length K of the subarea 30 , The width of the facets 32 - 1 to 32 - 5 is constant in the embodiment and corresponds to the edge width K of the square portion 30 ,

Eine solche Anordnung ist nirgends periodisch und weist daher eine hohe Nachahmungssicherheit und durch das Fehlen störender diffraktiver Effekte und farbiger Lichtreflexe auch eine hohe Brillanz auf. Gegenüber herkömmlichen aperiodischen Gestaltungen ist die Brillanz der Facettenanordnung deutlich erhöht, da insbesondere bei kleinen Neigungswinkeln α große zusammenhängende Flächen möglich sind. Durch die in Neigungsrichtung abnehmende Facettengröße werden auch gegenseitige Verschattungseffekte minimiert.Such an arrangement is nowhere periodic and therefore has a high imitation security and by the absence of disturbing diffractive effects and colored light reflections also a high brilliance. Compared to conventional aperiodic designs, the brilliance of the facet arrangement is significantly increased, since α large contiguous surfaces are possible, especially at small angles of inclination. The facet size, which decreases in the direction of inclination, also minimizes mutual shading effects.

Die Anordnung der Facetten 32 und die Wahl der Facettenparameter für einen allgemeinen, mit beliebigem Umriss ausgebildeten Teilbereich 30 werden nun anhand der 5 bis 7 näher beschrieben. Zunächst zeigt 5 in perspektivischer Ansicht einen mit Facetten 32 zu füllenden Teilbereich 30 innerhalb eines reflektiven Flächenbereichs 20. Aus dem lokalen Normalenvektor N der darzustellenden gewölbten Fläche 40 ergibt sich durch Mittelung der für den Teilbereich 30 gewünschte normalisierte Normalenvektor n. Aus diesem erhält man durch Projektion in die x-y-Ebene die gemeinsame Neigungsrichtung r für alle Facetten des Teilbereichs 30. Der Winkel zwischen den Vektoren n und r ist dabei der Komplementärwinkel zum Neigungswinkel α der Facetten, ergänzt sich also mit diesem zu 90°. Der Neigungswinkel α sei im Teilbereiche 30 beispielhaft α = 30°.The arrangement of the facets 32 and the choice of facet parameters for a general section of arbitrary outline 30 will now be based on the 5 to 7 described in more detail. First shows 5 in perspective view one with facets 32 Part to be filled 30 within a reflective area 20 , From the local normal vector N of the arched area to be displayed 40 results from averaging that for the subarea 30 desired normalized normal vector n. From this one obtains the common direction of inclination r for all facets of the subarea by projection into the xy plane 30 , The angle between the vectors n and r is the complementary angle to the angle of inclination α of the facets, thus complements with this at 90 °. The inclination angle α is in the subregions 30 by way of example α = 30 °.

Die Facetten 32 sollen nun entlang einer Gerade 50 in Neigungsrichtung r von hinten nach vorne mit abnehmender Höhe und abnehmender Länge angeordnet werden. Die Begriffe ‚hinten‘ und ‚vorne‘ beziehen sich dabei auf die Richtung des Vektors r und sind daher stets eindeutig definiert. Mit Bezug auf 6, die den Flächenbereich 20 mit dem Teilbereich 30 in senkrechter Aufsicht zeigt, werden hierzu zunächst zwei Tangenten 52 an den Umriss 34 des Teilbereichs 30 angelegt, welche senkrecht auf der Geraden 50 stehen und deren Abstand die Länge Lges des Teilbereichs 30 in Neigungsrichtung r angibt. Im Ausführungsbeispiel sei dieser Abstand beispielhaft Lges = 55 µm. The facets 32 should now along a straight line 50 be arranged in the direction of inclination r from back to front with decreasing height and decreasing length. The terms 'rear' and 'front' refer to the direction of the vector r and are therefore always clearly defined. Regarding 6 that the area area 20 with the subarea 30 in vertical view, this will initially be two tangents 52 to the outline 34 of the subarea 30 created, which is perpendicular to the line 50 stand and whose distance is the length Lges of the subarea 30 indicates r in the direction of inclination. In the exemplary embodiment, this distance is for example Lges = 55 μm.

Nun wird eine gewünschte Maximalhöhe für die Facetten vorgeben, etwa H_max = 10 µm, sowie ein Skalierungsfaktor für die abnehmende Facettengröße, beispielsweise f = 0,8. Dann wird eine erste Facette mit H₁ = H_max gewählt und die zugehörige Länge L₁ = H₁/ tan (30°) = 17,32 µm bestimmt. Es wird eine zweite Facette mit H₂ = f*H₁ und L₂ = f*L₁ hinzugefügt, die aufgrund der Wahl der Werte für die Höhe und Länge denselben Neigungswinkel α wie die erste Facette aufweist, tan(α) = H₂/L₂ = H₁/L₁. Im Ausführungsbeispiel ist etwa H₂ = 8 µm und L₂ = 13,86 µm.Now, a desired maximum height for the facets will be specified, such as H _max = 10 μm, as well as a scaling factor for the decreasing facet size, for example f = 0.8. Then a first facet with H ₁ = H _{max is} selected and the associated length L ₁ = H ₁ / tan (30 °) = 17.32 μm determined. A second facet with H ₂ = f * H ₁ and L ₂ = f * L _{1 is} added, which has the same inclination angle α as the first facet due to the choice of height and length values, tan (α) = H ₂ / L ₂ = H ₁ / L ₁ . In the exemplary embodiment, H ₂ = 8 μm and L ₂ = 13.86 μm.

Dann werden solange jeweils mit dem Skalierungsfaktor f verkleinerte Facetten hinzugefügt, bis die Summe der Facettenlängen die Länge des Teilbereichs Lges erreicht oder übersteigt. Im Ausführungsbeispiel ist dies nach dem Hinzufügen der fünften Facette der Fall, da die Summe der Facettenlängen dann L_sum = 17,32 µm + 13,86 µm + 11,08 µm + 8,87 µm + 7,09 µm = 58,22 µm beträgt und damit die Länge L_ges = 55 µm übersteigt.Then reduced facets are added, each time with the scaling factor f, until the sum of the facet lengths reaches or exceeds the length of the subsection Lges. In the exemplary embodiment, this is the case after adding the fifth facet, since the sum of the facet lengths is then L _sum = 17.32 μm + 13.86 μm + 11.08 μm + 8.87 μm + 7.09 μm = 58.22 is μm and thus exceeds the length L _ges = 55 microns.

Um diese Facettenanordnung in dem Teilbereich 30 unterzubringen, werden die Längen und Höhen auf die gewünschte Gesamtlänge Lges skaliert, und dazu alle Längen und Höhen mit einem Passerfaktor P = L_ges/L_sum multipliziert, der vorliegend P = 55/58,22 beträgt. Dadurch wird sichergestellt, dass

a) die Facettenanordnung in Neigungsrichtung r genau in den Teilbereich passt, da die skalierte Summe der Facettenlängen genau Lges beträgt,
b) die Maximalhöhe H_max nicht überschritten wird, da der Passerfaktor nach Konstruktion stets kleiner oder gleich 1 ist, und
c) die Neigungswinkel α durch die Skalierung nicht verändert werden, da Länge L und Höhe H mit demselben Passerfaktor multipliziert werden, so dass der durch den Quotient (P*H)/(P*L) = H/L gegebene Neigungswinkel unverändert bleibt.

To this facet arrangement in the subarea 30 accommodate the lengths and heights to the desired total length Ltot be scaled, and to all lengths and heights with a _saturated register factor P = L / L _sum multiplied, the present P = / 55 is 58.22. This will ensure that

a) the facet arrangement in inclination direction r fits exactly in the subarea, since the scaled sum of the facet lengths is exactly Lges,
b) the maximum height H _max is not exceeded, since the passer factor by design is always less than or equal to 1, and
c) the inclination angle α can not be changed by the scaling, because length L and height H are multiplied by the same passer factor, so that the tilt angle given by the quotient (P * H) / (P * L) = H / L remains unchanged.

Im genannten Ausführungsbeispiel beträgt beispielsweise die Höhe der ersten Facette 32-1 nach der Skalierung H'₁ = P*H₁= 9,45 µm und ihre Länge beträgt L'₁ = P*L₁ = 16,36 µm. Die Größen der weiteren Facetten 32-2 bis 32-5 sind entsprechend jeweils um einen Faktor 0,8 kleiner als die vorgehende Facette, also H'₂ = 7,56 µm und L'₂ = 13,09 µm, etc. Alle Facetten weisen einen Neigungswinkel von α = 30° auf und die Summe der Facettenlängen beträgt durch die Skalierung gerade Lges = 55 µm.In the mentioned embodiment, for example, the height of the first facet 32-1 after scaling H ' ₁ = P * H ₁ = 9.45 μm and its length is L' ₁ = P * L ₁ = 16.36 μm. The sizes of the other facets 32-2 to 32-5 are correspondingly smaller by a factor of 0.8 than the preceding facet, ie H ' ₂ = 7.56 μm and L' ₂ = 13.09 μm, etc. All facets have an inclination angle of α = 30 ° and the sum The facet lengths are just Lges = 55 μm due to the scaling.

Mit Bezug auf 6 wird mit den so skalierten Facetten 32-1 bis 32-5 ein Rechteck gefüllt, das durch die beiden bereits genannten Tangenten 52 und durch zwei Tangenten 54 an den Teilbereich 30 parallel zur Geraden 50 definiert ist. Die Facetten werden dann auf das Innere des Teilbereichs 30 beschränkt, so dass nur der Teilbereich 30, dieser aber vollständig mit den beschriebenen Facetten gefüllt ist. In 6 sind die Facetten 32-1 bis 32-5 zur Illustration von hinten (links oben in 6) nach vorne (rechts unten in 6) abwechselnd unterschiedlich schraffiert eingezeichnet.Regarding 6 will be with the scaled facets 32-1 to 32-5 a rectangle filled by the two already mentioned tangents 52 and by two tangents 54 to the subarea 30 parallel to the line 50 is defined. The facets are then applied to the interior of the subarea 30 limited, leaving only the subarea 30 , but this is completely filled with the described facets. In 6 are the facets 32-1 to 32-5 for illustration from behind (top left in 6 ) forward (bottom right in 6 ) alternately hatched differently hatched.

Der Höhenverlauf der durch die Facetten 32-1 bis 32-5 gegebenen Reliefstruktur 24 ist in 7 illustriert, die eine Seitenansicht des Teilbereichs 30 aus Richtung VII von 6, also in Neigungsrichtung r und entlang der Geraden 50 von 6 zeigt. Ebenfalls eingezeichnet ist der normalisierte Normalenvektor n des Teilbereichs 30, der den Ausgangspunkt der Konstruktion der Facetten 32-1 bis 32-5 darstellt.The height of the through the facets 32-1 to 32-5 given relief structure 24 is in 7 illustrating a side view of the section 30 from the direction VII from 6 , ie in the direction of inclination r and along the line 50 from 6 shows. Also plotted is the normalized normal vector n of the subarea 30 , which is the starting point of the construction of the facets 32-1 to 32-5 represents.

Bei dem Höhenverlauf der Reliefstruktur 24 ändert sich neben der jeweiligen Abmessung der Facetten 32-1 bis 32-5 in z-Richtung auch deren relative Höhe bezogen auf die x-y-Ebene. Dabei sind die Facetten in der Oberfläche des Trägers so gebildet, dass die tiefsten Punkte bzw. die minimalen Höhenwerte aller Facetten in einer Ebene liegen.In the height course of the relief structure 24 changes next to the respective dimension of the facets 32-1 to 32-5 in z Direction also their relative height relative to the xy -Level. The facets in the surface of the carrier are formed in such a way that the lowest points or the minimum height values of all facets lie in one plane.

Liegen die jeweiligen Spitzenwerte bzw. die maximalen Höhenwerte aller Facetten 32-1 bis 32-5 des Teilbereichs 30, bezogen auf die x-y-Ebene, andererseits alle auf gleicher Höhe bzw. in einer zu x-y-Ebene parallelen Ebene, wie dies bei der Betrachtung der in 7 dargestellten Reliefstruktur 24 von der Rückseite der Fall ist, sind die Facetten 32-1 bis 32-5 entlang ihrer gemeinsamen Neigungsrichtung mit zunehmender Länge und zunehmender Höhe angeordnet. Auch bei einer solchen Anordnung werden gegenseitige Verschattungseffekte minimiert.Are the respective peak values or the maximum height values of all facets 32-1 to 32-5 of the subarea 30 , based on the xy Level, on the other hand all at the same level or in one too xy - Plane parallel plane, as in the consideration of in 7 illustrated relief structure 24 from the back, the are the facets 32-1 to 32-5 arranged along their common inclination direction with increasing length and increasing height. Even with such an arrangement, mutual shading effects are minimized.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Banknotebill
1212: Sicherheitselementsecurity element
1414: herausgewölbte Wertzahlcurved value
2020: reflektiver Flächenbereichreflective surface area
2222: Trägercarrier
2424: Reliefstrukturrelief structure
3030: Teilbereichesubregions
30-1 bis 30-430-1 to 30-4: Teilbereichesubregions
3232: Facettenfacets
32-1 bis 32-532-1 to 32-5: Facettenfacets
3434: Umrissoutline
4040: gewölbte Flächearched area
4242: einfallendes Lichtincident light
5050: GeradeJust
5252: Tangententangents
5454: Tangententangents

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2390106 B1 [0007]
WO 2012/055505 A1 [0008]

Claims

An optically variable security element for securing valuables, comprising a support with a reflective area whose extent defines an xy plane and a z-axis standing perpendicular thereto, wherein - the reflective area contains a plurality of reflective subareas and each subarea contains a plurality of identically oriented ones has reflective facets, and an orientation of each facet relative to the xy plane is determined by the indication of its normalized normal vector, the projection of the normal vector into the xy plane defines a tilt direction of the facet, the length of a facet defines its dimension in the tilt direction, the width a facet is its dimension perpendicular to the direction of inclination in the xy plane, and the height of a facet is its dimension in the z direction, characterized in that - in the reflective subregions the identically oriented facets along their common inclination direction decrease in length and decrease height are arranged.

Security element after Claim 1 , characterized in that the identically oriented facets are arranged at least in a subset of the subregions respectively along their common inclination direction with a decreasing by the same constant factor length and height.

Security element after Claim 2 , characterized in that the constant factor is between 0.6 and 0.95, preferably between 0.75 and 0.85.

Security element according to at least one of Claims 1 to 3 Characterized in that the similarly oriented facets are arranged at least in a subset of the partial areas in each case along their common inclination direction with a decreasing from facet to facet at a constant height difference height.

Security element after Claim 4 , characterized in that the constant height difference between 50 nm and 400 nm, preferably between 80 nm and 150 nm.

Security element according to at least one of Claims 1 to 5 , characterized in that the height of the facets of the reflective surface area does not exceed a maximum height H _max , which is less than 20 microns, preferably 10 microns or less, more preferably 5 microns or less.

Security element according to at least one of Claims 1 to 6 , characterized in that the identically oriented facets are directly adjacent to each other along the common inclination direction.

Security element according to at least one of Claims 1 to 7 , characterized in that the reflective portions in the common direction of inclination of the facets have a length below 300 microns, preferably below 100 microns, more preferably between 20 microns to 100 microns.

Security element according to at least one of Claims 1 to 8th , characterized in that the identically oriented facets are formed with a width, each occupying the maximum, available width of the sub-area, wherein the facet shape advantageously follows the edge contour of the sub-area.

Security element according to at least one of Claims 1 to 9 , characterized in that eight or less, preferably five or less, in particular two, three or four facets are arranged in the reflective subregions along the common direction of inclination.

Security element according to at least one of Claims 1 to 10 , characterized in that at least a part of the reflective subregions is formed with an outline in the form of a motif, in particular in the form of characters or symbols.

Security element according to at least one of Claims 1 to 11 , characterized in that the reflective facets are oriented so that the reflective surface area is perceptible to a viewer as a curved, in particular continuously curved surface, preferably as a curved in two spatial directions, in particular continuously curved surface is perceptible.

Security element according to at least one of Claims 1 to 12 , characterized in that the reflective facets are oriented so that the reflective surface area when tilted or rotating the security element generates a movement effect, pumping effect, depth effect, relief effect and / or flip effect.

Security element according to at least one of Claims 1 to 13 , characterized in that the reflective facets have a metallic or semiconductive coating, a high refractive index coating or a coating with a color-shifting layer.

Security element according to at least one of Claims 1 to 14 , characterized in that the reflective surface area is provided with a liquid crystal coating, preferably with a full-surface cholesteric liquid crystal coating.

Data carrier with a security element according to at least one of Claims 1 to 15 ,

Method for producing an optically variable security element according to one of Claims 1 to 15 in which - a support is provided and provided with a reflective surface area, the extent of which defines an xy plane and a z-axis standing perpendicular thereto, - the reflective surface area having a multiplicity of reflective subareas and each subarea having a plurality of identically oriented areas - an orientation of each facet relative to the xy plane is determined by the indication of its normalized normal vector, the projection of the normal vector in the xy plane defines a direction of inclination of the facet, the length of a facet its dimension in the direction of inclination, the Width of a facet is its dimension perpendicular to the direction of inclination in the xy plane, and the height of a facet is its dimension in the z-direction, - the same oriented facets are arranged in the reflective portions along their common inclination direction with decreasing length and decreasing height.