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Die Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitselement mit Makrostrukturen
gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Sicherheitselemente bestehen aus einem dünnen Schichtverbund aus
Kunststoff, wobei in den Schichtverbund wenigstens Licht modifizierende
Reliefstrukturen und ebene Spiegelflächen eingebettet sind. Gie aus dem dünnen
Schichtverbund geschnittenen Sicherheitselemente werden auf Gegenstände
geklebt zum Beglaubigen der Echtheit der Gegenstände.
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Der Aufbau des dünnen Schichtverbunds und die dazu verwendbaren
Materialien sind beispielsweise in der US 4,856,857 beschrieben. Aus der GB 2 129 739 A
ist es zudem bekannt, den dünnen Schichtverbund mit Hilfe einer Trägerfolie
auf einen Gegenstand aufzubringen.
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Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist aus der EP 0 429 782 B1
bekannt. Das auf ein Dokument aufgeklebte Sicherheitselement weist dabei ein z. B.
aus der EP 0 105 099 A1 oder EP 0 375 833 A1 bekanntes, optisch variables
Flächenmuster aus mosaikartig angeordneten Flächenteilen mit bekannten
Beugungsstrukturen und anderen Licht modifizierenden Reliefstrukturen auf. Damit
ein gefälschtes Dokument zum Vortäuschen einer scheinbaren Echtheit nicht ohne
deutliche Spuren mit einem nachgemachten, aus einem echten Dokument
ausgeschnittenen oder von einem echten Dokument abgelösten Sicherheitselement
versehen werden kann, werden in das Sicherheitselement und in angrenzende Teile
des Dokuments Sicherheitsprofile eingeprägt. Das Einprägen der Sicherheitsprofile
stört das Erkennen des optisch variablen Flächenmusters. Insbesondere variiert die
Position des Prägestempels auf dem Sicherheitselement von Exemplar zu Exemplar
des Dokuments.
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Es ist auch bekannt, dass in früheren Zeiten bei besonders wichtigen
Dokumenten mit einem Siegelabdruck die Echtheit des Dokuments beglaubigt
wurde. Der Siegelabdruck weist ein aufwendig gestaltetes Reliefbild auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges
Sicherheitselement mit einer neuartigen optischen Wirkung zu schaffen, das aus
einem dünnen Schichtverbund besteht und am zu beglaubigenden Gegenstand zu
befestigen ist.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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Fig. 1 ein Sicherheitselement auf einem Dokument,
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Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Schichtverbund,
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Fig. 3 Reflexion an einer Makrostruktur,
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Fig. 4 Streuung an Mattstrukturen,
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Fig. 5 die additive Überlagerung der Makrostruktur mit einem
Beugungsgitter,
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Fig. 6 zwei Makrostrukturen eines Sicherheitselements im Querschnitt
und
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Fig. 7 ein Sicherheitselement unter verschiedenen Kippwinkeln.
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In der Fig. 1 bedeutet 1 einen Schichtverbund, 2 ein Sicherheitselement und
3 ein Dokument. Das Sicherheitselement 2 weist im Schichtverbund 1 eine
Makrostruktur M auf, die sich im Bereich eines Musters 4 erstreckt. Das
Sicherheitselement 2 ist in einer von den Koordinatenachsen x, y aufgespannten,
gedachten Referenzebene angeordnet. Die Makrostruktur M ist eine eindeutige,
stückweise stetige und differenzierbare Funktion M(x, y) der Koordinaten x, y. Die
Funktion M(x, y) beschreibt eine wenigstens in Teilbereichen gekrümmte Fläche,
wobei in Teilbereichen ΔM(x, y) ≠ 0 gilt. Die Makrostruktur M ist eine
dreidimensionale Fläche, wobei x, y die Koordinaten eines Punktes P(x, y) auf der
Fläche der Makrostruktur M sind. Der Abstand z(x, y) des Punktes P(x, y) von der
Referenzebene ist parallel zur Koordinatenachse z gemessen, die senkrecht auf der
Zeichnungsebene der Fig. 1 steht. Das Muster 4 ist in einer Ausführung von einem
Flächenmuster 38 mit den aus der eingangs erwähnten EP 0 375 833 A1
bekannten, Licht modifizierenden Strukturen, wie z. B. eine ebene Spiegelfläche,
lichtbeugenden, mikroskopisch feinen Gitterstrukturen, Mattstrukturen usw.,
umgeben. Insbesondere ist in einer Ausführung die Fläche des Musters 4 rasterartig
gemäss der Fig. 1 der eingangs erwähnten EP 0 375 833 A1 unterteilt, wobei
jedes Rasterelement wenigstens in zwei Feldanteile unterteilt ist. In einem der
Feldanteile ist der entsprechende Anteil der Funktion M(x, y) abgeformt, in den
anderem beispielsweise Mosaikelemente des Flächenmusters 38. In einer anderen
Ausführung sind schmale Linienelemente und/oder andere, beliebig geformte
Mosaikelemente des Flächenmusters 38 auf dem Muster 4 angeordnet. Mit Vorteil
weisen die Linien- und Mosaikelemente in einer Richtung eine Abmessung im
Bereich 0,05 mm bis 1 mm auf. Das Sicherheitselement 2 ist in einer weiteren
Ausführung in einer Randzone ausserhalb des Musters 4 transparent.
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Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den auf das Dokument 3 geklebten
Schichtverbund 1. Der Schichtverbund 1 besteht aus mehreren Lagen von
verschiedenen, nacheinander auf eine hier nicht gezeigte Trägerfolie aufgebrachten
Kunststoffschichten und umfasst in der angegebenen Reihenfolge typisch eine
Deckschicht 5, eine Abformschicht 6, eine Schutzschicht 7 und eine Kleberschicht
8. Wenigstens die Deckschicht 5 und die Abformschicht 6 sind für einfallendes Licht
9 transparent. Durch die Deckschicht 5 und die Abformschicht 6 hindurch ist das
Muster 4 sichtbar.
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Falls auch die Schutzschicht 7 und die Kleberschicht 8 transparent sind,
werden hier nicht gezeigte, auf der Oberfläche des Substrats 3 angebrachte Indicia
durch transparente Stellen 10 erkennbar. Die transparenten Stellen 10 finden sich
beispielsweise innerhalb des Musters 4 und/oder in der das Muster 4 umgebenden
Randzone des Sicherheitselements 2. Die Randzone ist in einer Ausführung völlig
transparent, in einer anderen Ausführung nur an vorbestimmten transparenten
Stellen 10. Die Trägerfolie kann in einer Ausführung die Deckschicht 5 selbst sein,
in einer anderen Ausführung dient die Trägerfolie zum Applizieren des dünnen
Schichtverbunds 1 auf das Substrat 3 und wird danach vom Schichtverbund 1
entfernt, wie dies in der eingangs erwähnten GB 2 129 739 A beschrieben ist.
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Die gemeinsame Berührungsfläche zwischen der Abformschicht 6 und der
Schutzschicht 7 ist die Grenzfläche 11. In die Abformschicht 6 sind die optisch
wirksamen Strukturen 12 der Makrostruktur M des Musters 4 (Fig. 1) mit einer
Strukturhöhe HSt abgeformt. Da die Schutzschicht 7 die Täler der optisch wirksamen
Strukturen 12 verfüllt, beschreibt die der Funktion M(x, y) die Grenzfläche 11. Um
eine hohe Wirksamkeit der optisch wirksamen Strukturen 12 zu erhalten, kann die
Grenzfläche 11 durch einen Metallbelag gebildet sein, vorzugsweise aus den
Elementen der Tabelle 5 der eingangs erwähnten US 4,856,857, insbesondere
Aluminium, Silber, Gold, Kupfer, Chrom, Tantal usw., die als Reflexionsschicht die
Abformschicht 6 und die Schutzschicht 7 trennt. Die elektrische Leitfähigkeit des
Metallbelags bewirkt ein hohes Reflektionsvermögen für sichtbares einfallendes
Licht 9 an der Grenzfläche 11. Jedoch eignen sich anstelle des Metallbelags auch
eine oder mehrere Schichten eines der bekannten, transparenten, anorganischen
Dielektrika, die z. B. in der Tabellen 1 und 4 der eingangs erwähnten US 4,856,857
aufgeführt sind, oder die Reflexionsschicht weist eine mehrschichtige
Interferenzschicht auf, wie z. B. eine zweischichtige Metall-Dielektrikum-
Kombination, eine Metall-Dielektrikum-Metall-Kombination usw. Die
Reflexionsschicht ist in einer Ausführung strukturiert, d. h. sie bedeckt die
Grenzfläche 11 nur teilweise und lässt an den vorbestimmten transparenten Stellen
10 die Grenzfläche 11 frei.
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Der Schichtverbund 1 wird als Kunststofflaminat in Form einer langen
Folienbahn mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Kopien des Musters
4 hergestellt. Aus der Folienbahn werden die Sicherheitselemente 2 beispielsweise
ausgeschnitten und mittels der Kleberschicht 8 mit dem Dokument 3 verbunden.
Unter Dokumente 3 fallen, Banknoten, Bankkarten, Ausweise oder andere wichtige
bzw. wertvolle Gegenstände.
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Die Makrostruktur M(x, y) ist für einfache Muster 4 aus einer oder mehreren
Teilflächen 13 (Fig. 1) zusammengesetzt, wobei die Makrostrukturen M(x, y) in den
Teilflächen 13 durch mathematische Funktionen beschrieben sind, wie
beispielsweise M(x, y) = 0,5.(x2 + y2).K, M(x, y) = a.{1 + sin(2πFx.x).sin(2πFy.y)},
M(x, y) = a.x1,5 + b.x, M(x, y) = a.{1 + sin(2πFy.y)}, wobei Fx bzw. Fy eine
Raumfrequenz F der periodischen Makrostruktur M(x, y) in Richtung der
Koordinatenachse x bzw. y ist. In einer anderen Ausführung des Musters 4 ist die
Makrostruktur M(x, y) aus einem vorbestimmten Ausschnitt einer anderen
mathematischen Funktion periodisch zusammengesetzt und weist eine oder
mehrere Perioden in der Teilfläche 13 auf. Die Raumfrequenzen F weisen einen
Wert von höchstens 20 Linien/mm auf und liegen vorzugsweise unter einem Wert
von 5 Linien/mm. Die Abmessungen des Flächenteils 13 sind wenigstens in einer
Richtung grösser als 0.4 mm, damit Details im Muster 4 mit dem blossen Auge
erkennbar sind.
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In einer anderen Ausführung bilden eine oder mehrere der Teilflächen 13 ein
Reliefbild als Muster 4, wobei die Grenzfläche 11 anstelle der einfachen
mathematischen Funktionen der Makrostruktur M der Oberfläche des Reliefbildes
folgt. Vorbilder für das Muster 4 finden sich auf Gemmen oder Prägebildern, wie
Siegeln, Münzen, Medaillen usw. Die Makrostruktur M der Oberfläche des
Reliefbilds ist stückweise stetig und differenzierbar und ist in den Teilbereichen
gekrümmt.
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In weiteren Ausführungen bildet die Makrostruktur M andere sichtbare
dreidimensionale Oberflächenbeschaffenheiten nach, beispielsweise von Texturen
von fast periodischen Geflechten oder Geweben, einer Vielzahl von relativ einfach
strukturierten Körpern in einer regelmässigen oder unregelmässigen Anordnung
usw. Die Aufzählung der verwendbaren Makrostrukturen M ist unvollständig, da eine
Vielzahl der Makrostrukturen M stückweise stetig, differenzierbar ist und wenigstens
in Teilbereichen ΔM(x, y) + 0 gilt.
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Der Schichtverbund 1 darf auf dem Dokument 3 nicht zu stark auftragen.
Einerseits wären die Dokumente 3 sonst schlecht stapelbar und andererseits böte
ein dicker Schichtverbund 1 eine Angriffsfläche zum Ablösen des Schichtverbunds 1
vom Dokument 3. Die Dicke des Schichtverbunds variiert nach der vorbestimmten
Anwendung und liegt typisch im Bereich von 3 µm bis etwa 100 µm. Die
Abformschicht 6 ist nur ein Teil des Schichtverbunds 1, so dass eine von der
Struktur des Schichtverbunds 1 her zulässige Strukturhöhe HST für die in die
Abformschicht 6 abgeformte Makrostruktur M auf Werte unter 40 µm beschränkt ist.
Ausserdem wachsen die technischen Schwierigkeiten beim Abformen der
Makrostruktur M mit zunehmender Strukturhöhe an, so dass bevorzugte Werte der
Strukturhöhe HST kleiner als 5 µm sind. Die Profilhöhe h der Makrostruktur M ist die
Differenz zwischen einem Wert z = M(x, y) im Punkt P(x, y) zur Referenzebene und
dem Wert z0 = M(x0, y0), am Ort P(x0, y0) des minimalen Abstands z0 zur
Referenzebene, also Profilhöhe h = z(x, y) - z0.
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In der nicht massstäblichen Zeichnung der Fig. 2 ist beispielhaft die
Grenzfläche 11 als eine in die Abformschicht 6 abgeformte Abformstruktur A mit den
optisch wirksamen Strukturen 12 und einer Reliefhöhe hR dargestellt. Die
Abformstruktur A ist eine Funktion A(x; y) der Koordinaten x und y. Die Höhe des
Schichtverbunds 1 dehnt sich längs der Koordinatenachse z aus. Da die
abzuformende Makrostruktur M den vorbestimmten Wert der Strukturhöhe HST
überschreiten kann, ist in jedem P(x, y) des Musters 4 die Profilhöhe h der
Makrostruktur M auf den vorbestimmten Hub H der Abformstruktur A zu begrenzen.
Sobald die Profilhöhe h der Makrostruktur M den Wert H überschreitet, wird mit
Vorteil von der Profilhöhe h solange der Hub H subtrahiert bis die Reliefhöhe hR der
Abformstruktur A kleiner als der Hub H ist, d. h. hR = Profilhöhe h modulo Hub H.
Damit sind die Makrostrukturen M mit hohen Werten der Profilhöhe h auch in den
wenige Mikrometer dicken Schichtverbund 1 abzuformen, wobei in der
Abformstruktur A aus technischen Gründen erzeugte Unstetigkeitsstellen 14
auftreten.
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Die Unstetigkeitsstellen 14 der Abformstruktur
A(x; y) = {M(x; y) + C(x; y)} modulo Hub H - C(x; y)
sind daher keine Extremwerte der Überlagerungsfunktion M(x; y). Die Funktion
C(x; y) ist dabei betragsmässig auf einen Wertebereich beschränkt, beispielsweise
auf den halben Wert der Strukturhöhe HST. Ebenso können sich in bestimmten
Ausführungen des Musters 4 aus technischen Gründen die Werte für den Hub H
lokal unterscheiden. Der Hub H der Abformstruktur A beschränkt sich auf weniger
als 30 µm und liegt vorzugsweise im Bereich H = 0.5 µm bis H = 4 µm. In einer
Ausführung der Beugungsstruktur S(x; y) ist der lokal variierende Hub H dadurch
bestimmt, dass der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Unstetigkeitsstellen Pn einen vorbestimmten Wert aus dem Bereich von 40 µm bis
300 µm nicht überschreitet.
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Die Abformstruktur A ist zwischen zwei benachbarten Unstetigkeitsstellen 14
bis auf einen konstanten Wert mit der Makrostruktur M identisch. Daher erzeugt die
Abformstruktur A mit Ausnahme des Schattenwurfs in guter Näherung den gleichen
optischen Effekt wie die originale Makrostruktur M. Das beleuchtete Muster 4 verhält
sich also bei der Betrachtung unter Kippen und/oder Drehen des Schichtverbunds 1
in der Referenzebene wie das Reliefbild bzw. wie eine von der Makrostruktur M
beschriebene, dreidimensionale Oberfläche, obwohl der Schichtverbund nur wenige
Mikrometer dick ist.
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Anhand der Fig. 3 ist beschrieben, wie das parallel gerichtete, auf die Grenzfläche
11 (Fig. 1) mit der Abformstruktur A einfallende Licht 9 (Fig. 2) durch die optisch
wirksame Struktur 12 reflektiert und vorbestimmt abgelenkt wird. Als
Reflexionsschicht ist z. B. eine etwa 30 nm starke Schicht aus Aluminium eingesetzt.
Die Brechung des einfallenden Lichts 9 und des reflektierten Lichts an den Grenzen
des Schichtverbunds 1 ist der Einfachheit halber in der Zeichnung der Fig. 3 nicht
dargestellt und in den nachfolgenden Rechnungen nicht berücksichtigt. Das
einfallende Licht 9 fällt in einer Einfallsebene 15, die eine Normale 16 zur
Referenzebene bzw. zur Oberfläche des Schichtverbunds 1 enthält, auf die optisch
wirksame Struktur 12 im Schichtverbund 1 ein. Parallele Beleuchtungsstrahlen 17,
18, 19 des einfallenden Lichts 9 treffen auf Flächenelemente der Abformstruktur A,
beispielsweise an den mit a, b, c bezeichneten Stellen. Jedes der Flächenelemente
weist eine lokale Neigung γ und eine Flächennormale 20, 21, 22 in der
Einfallsebene 15 auf, die durch die Komponente von grad M(x, y) bestimmt sind. Im
ersten Flächenelement bei der Stelle a, das eine lokale Neigung γ = 0° aufweist,
schliesst der erste Beleuchtungsstrahl 17 mit der ersten Flächennormalen 20 den
Einfallswinkel α ein und das beim Auftreffen auf das erste Flächenelement
reflektierte Licht 9 wird als erster Strahl 23 symmetrisch zur Flächennormale 20
unter dem Ausfallwinkel α = θ reflektiert. Beim zweiten Flächenelement bei der
Stelle b ist die lokale Neigung γ ≠ 0°. Die Normale 16 und die zweite
Flächennormale 21 schiessen den Winkel y > 0° ein. Der Einfallswinkel des zweiten
Beleuchtungsstrahls 18 beim zweiten Flächenelement beträgt α' = α - γ und
dementsprechend schliesst der reflektierte zweite Strahl 24 mit der Normalen 16
den Winkel θ1 = α - 2γ ein. Desgleichen wird der reflektierte dritte Strahl 25
entsprechend der lokalen Neigung y < 0° der Stelle c unter dem Winkel θ2 = α - 2γ
= α + 2|γ| abgelenkt, da der Einfallswinkel α" des dritten Beleuchtungsstrahls 19 zur
dritten Flächennormalen 22 um den lokalen Neigungswinkel γ grösser ist als der
Einfallswinkel zur Normalen 16. Ein Beobachter 26 der in der Blickrichtung 27
schaut, die z. B. in der Einfallsebene 15 liegt, empfängt mit seinem unbewaffneten
Auge das reflektierte Licht der Strahlen 23, 24, 25 nur, wenn er infolge Kippens des
Sicherheitselements 2 (Fig. 1) bzw. des Schichtverbunds 1 um eine in der
Referenzebene liegende und senkrecht zur Einfallsebene 15 ausgerichtete Achse
28 die unter den verschiedenen Winkeln θ, θ1, θ2 zur Normalen 16 reflektierten
Strahlen 23, 24, 25 mit seiner Blickrichtung 27 zusammenfallen. Unter einem
bestimmten Kippwinkel erblickt der Beobachter 26 die Flächenelemente der
Makrostruktur M mit einer hohen Flächenhelligkeit, die in der Einfallsebene 15 bzw.
in zur Einfallsebene 15 parallelen Ebenen dieselbe lokale Neigung γ aufweisen.
Obwohl die Grenzfläche 11 an sich glatt ist, können auch die anderen
Flächenelemente der Makrostruktur M etwas Licht parallel zur Blickrichtung 27
streuen und dem Beobachter 26 entsprechend der lokalen Neigung verschieden
stark abgeschattet erscheinen. Der Beobachter 26 erhält einen plastischen
Bildeindruck, obwohl die Abformstruktur A höchstens einige wenige Mikrometer
hoch ist. Durch die Überlagerung der Makrostruktur M mit einer Mattstruktur kann
diese Streuwirkung verstärkt und für die Gestaltung des Sicherheitsmerkmals 2
kontrolliert eingesetzt werden.
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Die Fig. 4a und 4b zeigen das unterschiedliche Streuverhalten der
Teilfläche 13 des Sicherheitselements 2 für das einfallende Licht 9. Die
Mattstrukturen weisen eine mikroskopisch feine, stochastische Struktur in der
Grenzfläche 11 auf und sind durch ein Reliefprofil R, einer Funktion der Koordinaten
x und y, beschieben. Die Mattstrukturen streuen, wie in der Fig. 4a gezeigt, das
parallel einfallende Licht 9 in einen Streukegel 29 mit einem durch das
Streuvermögen der Mattstruktur vorbestimmten Öffnungswinkel und mit der
Richtung des reflektierten Lichts 23 als Kegelachse. Die Intensität des Streulichts ist
z. B. auf der Kegelachse am grössten und nimmt mit zunehmendem Abstand zur
Kegelachse ab, wobei das in Richtung der Mantellinien des Streukegels abgelenkte
Licht für einen Beobachter gerade noch erkennbar ist. Der Querschnitt des
Streukegels 29 senkrecht zur Kegelachse ist bei senkrechtem Lichteinfall
rotationssymmetrisch bei einer hier "isotrop" genannten Mattstruktur. Ist, wie in der
Fig. 4b gezeigt, der Querschnitt des Streukegels 29 in einer Vorzugsrichtung 30
hingegen gestaucht d. h. elliptisch verformt, wobei die kurze Hauptachse der Ellipse
parallel zur Vorzugsrichtung 30 ausgerichtet ist, wird die Mattstruktur hier mit
"anisotrop" bezeichnet. Der Querschnitt des Streukegels 29 sowohl bei der
"isotropen" als auch bei der "anisotropen" Mattstruktur, die parallel zur
Referenzebene angeordnet ist, wird in einer Richtung parallel zur Einfallsebene 15
(Fig. 3) merklich verzerrt, wenn der Einfallswinkel α zur Normalen 16 grösser als
30° ist.
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Die Mattstrukturen besitzen im mikroskopischen Massstab feine hier nicht
gezeigte Reliefstrukturelemente, die das Streuvermögen bestimmen und nur mit
statistischen Kenngrössen beschrieben werden können, wie z. B. Mittenrauhwert Ra,
Korrelationslänge Ic usw., wobei die Werte für den Mittenrauhwert Ra im Bereich
200 nm bis 5 µm liegen mit Vorzugswerten von Ra = 150 nm bis Ra = 1,5 µm. Die
Korrelationslängen Ic weisen zumindest in einer Richtung Werte im Bereich von
Ic = 300 nm bis Ic = 300 µm, vorzugsweise zwischen Ic = 500 nm bis Ic = 100 µm,
auf. Bei den "anisotropen" Mattstrukturen sind die Reliefstrukturelemente parallel
zur Vorzugsrichtung 30 ausgerichtet. Die "isotropen" Mattstrukturen weisen
richtungsunabhängige, statistische Kenngrössen auf und haben daher keine
Vorzugsrichtung 30.
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In einer anderen Ausführung besteht die Reflexionsschicht aus einem farbigen
Metall oder einer eingefärbten transparenten Deckschicht 5 (Fig. 2). Besonders
wirkungsvoll ist der Einsatz einer der mehrschichtigen Interferenzschichten auf der
Grenzfläche 11, da durch die Wölbungen der Makrostruktur M die Interferenzschicht
in Richtung der Blickrichtung 27 verschieden dick ist und deshalb in lokal
verschiedenen, vom Kippwinkel 28 abhängigen Farben erscheint. Ein Beispiel der
Interferenzschicht umfasst eine 100 nm bis 150 nm TiO2 Schicht zwischen einer
transparenten Metallschicht von 5 nm Al und einer opaken Metallschicht von etwa
50 nm Al, wobei die transparente Metallschicht der Abformschicht 6 zugewandt ist.
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Die Fig. 5 zeigt im Querschnitt durch den Schichtverbund 1 eine weitere
Ausführung der Makrostruktur M. Der Makrostruktur M ist wenigstens in einer
Teilfläche 13 (Fig. 4a) ein submikroskopisches Beugungsgitter 31 additiv überlagert.
Das Beugungsgitter 31 weist das Reliefprofil R einer periodischen Funktion der
Koordinaten x (Fig. 2) und y (Fig. 2) auf und hat ein konstantes Profil. Die Profiltiefe
t des Beugungsgitters 31 weist einen Wert aus dem Bereich t = 0,05 µm bis
t = 5 µm auf, wobei die Vorzugswerte im engeren Bereich von t = 0,6 ± 0,5 µm
liegen. Die Spatialfrequenz f des Beugungsgitters 31 liegt im Bereich über f = 2400
Linien/mm, daher die Bezeichnung submikroskopisch. Das submikroskopische
Beugungsgitter 31 beugt das einfallende Licht 9 (Fig. 4a) nur in die nullte
Beugungsordnung, d. h. in Richtung des Strahls 23 (Fig. 3) des reflektierten Lichts, in einem
von der Spatialfrequenz f abhängigen Ausschnitt aus dem sichtbaren Spektrum. Die
Abformstruktur A = (Makrostruktur M modulo Hub H) + Reliefprofil R erzeugt somit
die Wirkung eines farbigen, gewölbten Spiegels. Ist die Profiltiefe t des
Beugungsgitters 31 hinreichend klein (< 50 nm), so liegt eine glatte, das einfallende
Licht 9 achromatisch reflektierende Spiegelfläche als Grenzfläche 11 (Fig. 2) vor.
Ausserhalb der Unstetigkeitsstellen 14 ändert sich die Makrostruktur M Langsam im
Vergleich zum submikroskopischen Beugungsgitter 31, das sich in der Teilfläche 13
mit der konstanten Reliefhöhe über die Makrostruktur M erstreckt.
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Die Fig. 6 zeigt den Querschnitt durch den Schichtverbund 1 mit einer
weiteren Ausführung des Sicherheitselements 2 (Fig. 2). Das Sicherheitselement 2
umfasst wenigstens zwei Teilflächen 13 (Fig. 4a), die in der Zeichnung der Fig. 6
hintereinander angeordnet sind. Die Makrostruktur M in der vorderen Teilfläche 13
folgt beispielsweise der mathematischen Funktion M(y) = 0.5.y2.K und die
Makrostruktur M in der hinteren Teilfläche 13 ist durch die Funktion M(y) =
0.5.y2.K bestimmt. In der hinteren Teilfläche 13 sind Teile der Makrostruktur
M(y) = -0.5.y2.K durch die Makrostruktur M(y) = 0.5.y2.K in der vorderen Teilfläche
13 verdeckt und daher in der Zeichnung der Fig. 6 gestrichelt gezeichnet.
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In der Ansicht weist das Muster 4 (Fig. 1) im Sicherheitselement 2 gemäss der
Fig. 7a bis 7c ein ovales erstes Flächenteil 31 mit der in der Fig. 6 gezeigten
Makrostruktur M(y) = 0.5.y2.K auf, während in an das erste Flächenteil 31
angrenzende zweite und dritte Flächenteile 32 und 33 die der hinteren Teilfläche 13
(Fig. 4a) zugeordnete Makrostruktur M(y) = -0.5.y2.K abgeformt ist. Die Konstante
K ist der Betrag der Krümmung der Makrostruktur M. Die Gradienten der
Makrostruktur M, grad(M), in den Flächenteilen 31, 32, 33 sind im wesentlichen
parallel zur y/z - Ebene ausgerichtet. Vorzugsweise schliessen die Gradienten mit
der y/z - Ebene einen Winkel φ = 0° bzw. 180° ein. Die Koordinatenachse z steht
senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 7a. Dabei sind Abweichungen im Winkel
φ von δφ = ±30° auf den Vorzugswert zulässig, um in diesem Bereich den
Gradienten als im wesentlichen parallel zur y/z-Ebene zu betrachten.
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Bei der Beleuchtung des Sicherheitselements 2 mit parallelem einfallenden
Licht 9 (Fig. 4a) werfen eng begrenzte Streifen 34 der Flächenteile 31, 32, 33 im
Muster 4 das reflektierte Licht mit hoher Flächenhelligkeit in die Blickrichtung 27
(Fig. 3) des Beobachters 26 (Fig. 3). Die Streifen 34 sind senkrecht zu den
Gradienten ausgerichtet. Der Einfachheit halber sind die Gradienten und daher die
Streifen 34 parallel. Je kleiner die Krümmung K ist, desto höher ist die
Geschwindigkeit der Bewegung der Streifen 34 pro Winkeleinheit in Richtung der
auf die Referenzebene projizierten Komponenten 35, 36 der Gradienten bei der
Drehung um die Kippachse 28. Die Breite der Streifen 34 hängt von der lokalen
Krümmung K und der Beschaffenheit der Grenzfläche 11 (Fig. 2) der eingesetzten
Abformstruktur A ab. Bei gleichem Betrag der Krümmung sind die Streifen 34 für die
spiegelnden Grenzflächen 11 eher schmal im Vergleich zur den Streifen 34 der
Grenzflächen 11 mit der mikroskopisch feinen Mattstruktur. Ausserhalb der Streifen
34 sind die Flächenteile 31, 32, 33 in einem Grauton sichtbar. Ein Schnitt längs
einer Spur 37 ist der in der Fig. 6 gezeigte Querschnitt.
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Die Fig. 7b zeigt das Sicherheitselement 2 nach einer Drehung um die
Kippachse 28 in einen vorbestimmten Kippwinkel, unter dem die Streifen 34 im
Muster 4 (Fig. 1) auf den zweiten und dritten Flächenteilen 13, 15 und auf dem
ersten Flächenteil 14 auf einer Linie parallel zur Kippachse 28 liegen. Dieser
vorbestimmte Kippwinkel ist durch die Wahl und die Positionierung der
Makrostrukturen M bestimmt. In einer Ausführung des Sicherheitselements 2 ist auf
dem das Muster 4 umgebenden Flächenmuster ein vorbestimmtes Zeichen nur zu
sehen, wenn die Streifen 34 eine vorbestimmte Lage, z. B. die in der Zeichnung
Fig. 7b gezeigte Lage, einnehmen, d. h. wenn der Beobachter 26 (Fig. 3) das
Sicherheitselement 2 unter den durch den vorbestimmten Kippwinkel bestimmten
Betrachtungsbedingungen betrachtet.
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In der Fig. 7c sind nach einer weiteren Drehung um die Kippachse 28 die
Streifen 34 auf dem Muster 4 (Fig. 1) wieder auseinandergewandert, wie dies die
nicht bezeichneten Pfeile in der Fig. 7c andeuten.
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Selbstverständlich reichen für das Muster 4 zum Ausrichten der
Sicherheitselemente 2 in einer anderen Ausführung eine benachbarte Anordnung
aus dem ersten Flächenteil 31 und einem der beiden anderen Flächenteile 32, 33
aus.
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Ohne von der Idee der Erfindung abzuweichen, sind die oben beschriebenen
Ausführungen des Musters 4 miteinander zu kombinieren, die entsprechend
geformten Makrostrukturen M mit den gewölbten Spiegelflächen und den
Mattstrukturen additiv zu überlagern, sowie alle genannten Ausführungen der
Grenzfläche 11 (Fig. 6) einzusetzen.