DE112014000889T5

DE112014000889T5 - Sicherheitseinrichtung mit verdeckten Bildern

Info

Publication number: DE112014000889T5
Application number: DE112014000889.3T
Authority: DE
Inventors: Phei Lok
Original assignee: Innovia Secutiry Pty Ltd
Current assignee: CCL Security Pty Ltd
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-10-29
Also published as: AU2014218497B2; AU2014218497A1; MX359942B; CN105073436B; WO2014127403A1; FR3002182A1; BR112015019819A2; FR3002182B1; GB2525798A; CN105073436A; GB201514713D0; US20150360500A1; MX2015010635A

Abstract

Eine Sicherheitseinrichtung umfasst ein transparentes Substrat (100) mit einer trübenden Schicht (102), die auf wenigstens einer Oberfläche angeordnet ist. Eine reflektierende Gitterschicht (103) umfasst eine oder mehrere Anordnungen von Rillen und eine Flüssigkristallmaterialschicht (114) ist über zumindest einem Teil der Gitterschicht angeordnet. Die Anordnungen der Rillen haben einen solchen Rillenabstand, dass Flüssigkristallmoleküle innerhalb der Flüssigkristallmaterialschicht im Wesentlichen ausgerichtet sind, um dort hindurchtretende optische Strahlung zu polarisieren. Die Sicherheitseinrichtung schließt ferner Öffnungen in der trübenden Schicht und der Gitterschicht ein, welche ein durchlässiges beugendes optisches Element (DOE) umfasst. Die Sicherheitseinrichtung umfasst dadurch ein durchlässiges Sicherheitsmerkmal, welches bei Betrachtung im Transmissionsmodus mit dem bloßen Auge sichtbar ist, in Kombination mit einem verdeckten, reflektierenden Sicherheitsmerkmal, welches nur unter Verwendung eines entsprechend orientierten Polarisators sichtbar ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sicherheitseinrichtungen für Sicherheitsdokumente, Wertmarken (Token) oder ähnliche Gegenstände, und insbesondere auf solche Gegenstände, die eine Kombination von lichtdurchlässigen und reflektierenden verdeckten Sicherheitseinrichtungen und Merkmalen umfassen, und Verfahren zu ihrer Herstellung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist bekannt, Beugungsgitter und ähnliche optisch nachweisbare Mikrostrukturen für Sicherheitsdokumente oder ähnliche Gegenstände, wie Personalausweise, Reisepässe, Kreditkarten, Banknoten, Schecks und dergleichen einzusetzen. Solche Mikrostrukturen haben die Vorteile, dass sie schwer zu fälschen oder zu ändern sind, und dass sie durch irgendwelche Versuche, das Dokument zu manipulieren, leicht zerstört oder beschädigt werden. Weiterhin können sie als offene Merkmale des Dokuments entworfen und hergestellt werden, sodass sie ohne die Verwendung irgendeines zusätzlichen Sichtgeräts mit dem bloßen Auge sichtbar sind, sodass Mitgliedern der Öffentlichkeit ermöglicht wird, einen gewissen Grad der Authentifizierung des Dokuments durchzuführen. Dementsprechend können solche optisch nachweisbaren Strukturen verwendet werden, um ein wirksames Sicherheitsmerkmal bereitzustellen.
Trotzdem haben sich Fälschergruppen in den letzten Jahren besser organisiert und sind fachlich kompetenter geworden. Im Ergebnis sind Versuche zur Simulation von echten Sicherheitselementen zunehmend erfolgreicher geworden. Wie oben erwähnt, ist es ein gemeinsames Merkmal der optischen Sicherheitselemente, welche für eine Authentifizierung durch Mitglieder der Öffentlichkeit geeignet sind, dass die Bilder durch direkte Betrachtung des Sicherheitselements sichtbar sind. Typische Mitglieder der Öffentlichkeit sind unkundig in der Erkennung kleiner Variationen in den von Beugungsgittern erzeugten optischen Effekten. Obwohl es für einen Fälscher schwierig ist, die genaue optische Wirkung des Sicherheitselements zu reproduzieren, ist es somit leicht möglich, eine passable Nachahmung zu erzeugen, die für den flüchtigen Beobachter ausreichend ähnlich zu dem optischen Effekt erscheinen kann.
Eine verbesserte Authentifizierung kann erreicht werden, indem mehrere Sicherheitsmerkmale in ein Dokument eingeschlossen werden, einschließlich verdeckter Merkmale, die mit dem bloßen Auge nicht sichtbar sind und zusätzliche Geräte erfordern, um ihre Präsenz und ihr Aussehen offenzulegen, einschließlich neuer und verbesserter Versionen dieser Merkmale. Beispielsweise ist es bekannt, Flüssigkristalle zu verwenden, um Sicherheitsdokumente einschließlich versteckter Bilder zu produzieren, die erst sichtbar werden, wenn sie durch einen geeignet orientierten Polarisator (d. h. einen Polarisationsfilter) betrachtet werden. Der Nachteil solcher Merkmale ist, dass sie nur von einem Beobachter mit dem entsprechenden Sichtgerät authentifiziert werden können.
Es ist daher wünschenswert, verbesserte Sicherheitsdokumente, Wertmarken oder ähnliche Gegenstände einschließlich alternativer Sekundärmerkmale für die Authentifizierung bereitzustellen. Das erste Merkmal liefert eine erste Sicherheitsstufe, die in Abwesenheit von zusätzlichen Sichtgeräten verfügbar ist, während das zweite Merkmal eine zusätzliche Sicherheitsstufe liefert, die es ermöglicht, das Dokument zuverlässiger zu authentifizieren, wenn das erforderliche zusätzliche Sichtgerät verfügbar ist.
DEFINITIONEN
Sicherheitsdokument oder Wertmarke
Wie hier verwendet umfasst der Begriff Sicherheitsdokumente und Wertmarken alle Arten von Dokumenten und Wertmarken mit Wert und Identifikationsdokumente, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die folgenden: Währungselemente wie Banknoten und Münzen, Kreditkarten, Schecks, Reisepässe, Personalausweise, Wertpapiere und Aktienurkunden, Führerscheine, Titelurkunden, Reiseunterlagen wie Flug- und Bahntickets, Eintrittskarten und Tickets, Geburts-, Todes- und Heiratsurkunden und Studienbücher.
Die Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, anwendbar auf Sicherheitsdokumente oder Wertmarken, wie Banknoten oder Ausweisdokumente wie Personalausweise oder Pässe, die aus einem Substrat bzw. einer Grundlage gebildet sind, auf das bzw. die eine oder mehrere Druckschichten aufgebracht sind. Die hier beschriebenen Beugungsgitter und optisch variablen Elemente können auch Anwendung bei anderen Produkten wie etwa bei Verpackungen finden.
Substrat
Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff Substrat auf das Basismaterial, aus dem das Sicherheitsdokument oder die Wertmarke gebildet ist. Das Basismaterial kann Papier oder ein anderes Fasermaterial, wie etwa Cellulose; ein Kunststoff- oder Polymermaterial einschließlich, aber nicht beschränkt auf Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET); oder ein Verbundmaterial aus zwei oder mehr Materialien, wie etwa ein Laminat aus Papier und wenigstens einem Kunststoffmaterial oder aus zwei oder mehreren Polymermaterialien sein.
Trübende Schichten
Eine oder mehrere trübende Schichten können auf ein transparentes Substrat aufgebracht sein, um die Opazität des Sicherheitsdokuments zu erhöhen. Eine trübende Schicht ist so, dass L_T < L₀ ist, wobei L₀ die Menge des auf das Dokument einfallenden Lichts und L_T die Menge des durch das Dokument hindurchgeführten Lichts ist. Eine trübende Schicht kann eine oder mehrere von einer Vielzahl von trübenden bzw. lichtundurchlässig machenden Beschichtungen umfassen. Beispielsweise können die trübenden Beschichtungen ein Pigment aufweisen, beispielsweise Titandioxid, das in einem Bindemittel oder Träger aus wärmeaktiviertem vernetzbaren Polymermaterial dispergiert ist. Alternativ dazu könnte ein Substrat aus transparentem Kunststoffmaterial zwischen trübenden Schichten aus Papier oder einem anderen teilweise oder im Wesentlichen opaken Material, auf welches anschließend Zeichen gedruckt oder anderweitig aufgebracht werden können, sandwichartig angeordnet sein.
Beugende optische Elemente (DOE)
Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff beugendes optisches Element auf ein beugendes optisches Element vom numerischen Typ (DOE). Beugende optische Elemente vom numerischen Typ (DOEs) beruhen auf der Abbildung bzw. Zuordnung (Mapping) von komplexen Daten, die im Fernfeld (oder auf der Rekonstruktionsebene) ein zweidimensionales Intensitätsmuster rekonstruieren. Wenn also im Wesentlichen kollimiertes Licht, z. B. von einer Punktlichtquelle oder einem Laser, auf das DOE einfällt, wird ein Interferenzmuster erzeugt, welches in der Rekonstruktionsebene ein Projektionsbild erzeugt, das sichtbar ist, wenn sich eine geeignete Betrachtungsoberfläche in der Rekonstruktionsebene befindet oder wenn das DOE an der Rekonstruktionsebene in Transmission betrachtet wird. Die Transformation zwischen den beiden Ebenen kann durch eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) angenähert werden. Somit müssen komplexe Daten einschließlich Amplituden- und Phaseninformation physikalisch in der Mikrostruktur des DOE codiert werden. Diese DOE-Daten können berechnet werden, indem eine inverse FFT-Transformation der gewünschten Rekonstruktion (d. h. des gewünschten Intensitätsmusters im Fernfeld) durchgeführt wird.
DOEs werden manchmal als computergenerierte Hologramme bezeichnet, aber sie unterscheiden sich von anderen Arten von Hologrammen, wie zum Beispiel Regenbogenhologrammen, Fresnel-Hologrammen und Volumenreflexionshologrammen.
Prägbare strahlungshärtbare Tinte
Der hier verwendete Begriff der prägbaren strahlungshärtbaren Tinte (prägbare, durch Strahlung härtbare Tinte) bezieht sich auf jede Tinte, Lack oder andere Beschichtung, die in einem Druckverfahren auf das Substrat aufgebracht werden kann und welche im weichen Zustand geprägt werden kann, um eine Reliefstruktur zu bilden, und durch Strahlung gehärtet werden kann, um die eingeprägte Reliefstruktur zu fixieren. Der Härtungsprozess findet nicht statt, bevor die strahlungshärtbare Tinte geprägt ist, aber es ist möglich, dass der Härtungsprozess nach dem Prägen oder im Wesentlichen zur gleichen Zeit wie der Prägeschritt stattfindet. Die strahlungshärtbare Tinte ist vorzugsweise durch ultraviolette (UV) Strahlung härtbar. Alternativ kann die strahlungshärtbare Tinte durch andere Formen von Strahlung gehärtet werden, wie etwa durch Elektronenstrahlen oder Röntgenstrahlen.
Die durch Strahlung härtbare Tinte ist vorzugsweise eine transparente oder transluzente (durchscheinende) Tinte aus einem klaren Harzmaterial. Eine solche transparente oder transluzente Tinte eignet sich besonders gut zum Drucken von lichtdurchlässigen Sicherheitselementen, wie beispielsweise Gitter unterhalb der Wellenlänge, durchlässige Beugungsgitter und Linsenstrukturen. Ein oder mehrere Pigmente können verwendet werden, um teilweise oder vollständig opake prägbare Tinten zu erzeugen. Metallische Teilchen können zugesetzt werden, um reflektierende Reliefstrukturen zu erzeugen.
Eine transparente oder transluzente Tinte kann eine(n) UV härtbare(n) klare(n) prägbare(n) Lack oder Beschichtung auf Acrylbasis umfassen. Solche UV-härtbaren Lacke können von verschiedenen Herstellern bezogen werden, darunter Kingfisher Ink Limited, Produkt Ultraviolett-Typ UVF-203 oder ähnliche. Alternativ können die strahlungshärtbaren prägbaren Beschichtungen auf anderen Verbindungen wie z. B. Nitrocellulose basieren.
Die hier verwendeten strahlungshärtbaren Tinten und Lacke wurden als besonders geeignet für das Prägen von Mikrostrukturen, einschließlich beugender Strukturen wie Beugungsgitter und Hologramme und von Mikrolinsen und Linsenanordnungen gefunden.
Bei einigen Polymersubstraten kann es notwendig sein, eine Zwischenschicht auf das Substrat aufzubringen, bevor die strahlungshärtbare Tinte aufgebracht wird, um die Haftung der durch die Tinte gebildeten eingeprägten Struktur an dem Substrat zu verbessern. Die Zwischenschicht umfasst bevorzugt eine Grundierungsschicht und mehr bevorzugt schließt die Grundierungsschicht ein Polyethylenimin ein. Die Grundierungsschicht kann auch ein Vernetzungsmittel einschließen, beispielsweise ein multifunktionelles Isocyanat. Beispiele für andere geeignete Grundierungsschichten zur Verwendung in der Erfindung schließen ein: Hydroxy-terminierte Polymere; hydroxy-terminierte Polyester auf Basis von Co-Polymeren; vernetzte oder unvernetzte hydroxylierte Acrylate; Polyurethane; und UV-härtende anionische oder kationische Acrylate. Beispiele für geeignete Vernetzungsmittel schließen ein: Isocyanate; Polyaziridine; Zirkoniumkomplexe; Aluminium-Acetylaceton; Melamine; und Carbodiimide.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt stellt die Erfindung eine Sicherheitseinrichtung bereit, umfassend:
ein transparentes Substrat;
eine trübende Schicht;
eine reflektierende Gitterschicht umfassend eine oder mehrere Anordnungen von Rillen; und
eine Flüssigkristallmaterialschicht, die über zumindest einem Teil bzw. Abschnitt der Gitterschicht angeordnet ist,
wobei die Anordnungen der Rillen so einen Rillenabstand haben, dass Flüssigkristallmoleküle innerhalb der Flüssigkristallmaterialschicht im Wesentlichen ausgerichtet sind, um dort hindurchtretende optische Strahlung zu polarisieren, und
wobei die Sicherheitseinrichtung ferner Öffnungen einschließt, die in der trübenden Schicht und der Gitterschicht gebildet sind, wobei die Öffnungen ein durchlässiges beugendes optisches Element (DOE) umfassen.
Vorteilhaft umfasst eine Sicherheitseinrichtung, die eine Ausführung der Erfindung bildet, ein verdecktes Sicherheitsmerkmal in Form eines Musters aus reflektiertem Licht, das durch Betrachtung durch einen Polarisator sichtbar gemacht wird, zusammen mit einem anderen verdeckten Sicherheitsmerkmal in der Form des durchlässigen DOE. DOE werden in der Industrie im Allgemeinen als ein verdecktes oder ein halb verdecktes Merkmal angesehen, da eine Punktlichtquelle erforderlich ist, um das Merkmal zu authentifizieren, und daher ist das projizierte Bild, welches die Verifikation liefert, unter normalen Bedingungen nicht sichtbar.
In einigen Ausführungsformen ist die Gitterschicht in einer Oberfläche der trübenden Schicht gebildet.
Alternativ kann die Gitterschicht in einer prägbaren Materialschicht der Sicherheitseinrichtung ausgebildet sein. Die prägbare Materialschicht kann auf einer Oberfläche der trübenden Schicht angeordnet sein. Alternativ kann die trübende Schicht auf einer ersten Oberfläche des Substrats angeordnet sein, und die prägbare Materialschicht kann auf einer zweiten Oberfläche des Substrats gegenüber der ersten Oberfläche angeordnet sein.
In manchen Ausführungsformen sind die Öffnungen ferner in der Flüssigkristallmaterialschicht gebildet, wobei sie mit den Öffnungen in der trübenden Schicht und in der Gitterschicht ausgerichtet sind. Vorteilhafterweise ermöglicht dies, dass Licht durch die Öffnungen durchtritt, um in einer Rekonstruktionsebene ein Bild zu erzeugen, ohne dass aufgrund des Vorhandenseins des Flüssigkristallmaterials in den Öffnungen Dämpfung, Streuung oder Diffusion auftritt.
In manchen Ausführungsformen der Erfindung umfassen die eine oder die mehreren Anordnungen von Rillen Bereiche von Rillen mit einer ersten Orientierung, die so konfiguriert sind, dass ein erstes Bild sichtbar ist, wenn die Sicherheitseinrichtung durch einen Polarisator mit einer entsprechenden ersten Orientierung betrachtet wird. Die eine oder die mehreren Anordnungen von Rillen können ferner Bereiche von Rillen mit einer zweiten Orientierung umfassen, die so konfiguriert sind, dass ein zweites Bild sichtbar ist, wenn die Sicherheitseinrichtung durch einen Polarisator mit einer entsprechenden zweiten Orientierung betrachtet wird. Weitere Orientierungen und Konfigurationen von Regionen von Rillen können gebildet sein, um es zu ermöglichen, dass zusätzliche Bilder unter Verwendung von Polarisatoren mit unterschiedlichen Orientierungen sichtbar sind.
In einigen Ausführungsformen umfassen die Anordnungen von Rillen in der Gitterschicht Gitter mit einer Charakteristik nullter Ordnung innerhalb eines vorbestimmten Betrachtungsbereichs bzw. Sichtfelds optischer Frequenzen. Insbesondere können die Gitter eine Periode zwischen 100 nm und 1 μm haben. In einigen Ausführungsformen haben die Gitter eine Periode zwischen 100 nm und 300 nm.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Sicherheitseinrichtung bereit, umfassend:
Bereitstellen eines transparenten Substrats;
Aufbringen einer trübenden Schicht auf eine Oberfläche des transparenten Substrats, um ein getrübtes Substrat zu bilden;
Ausbilden einer reflektierenden Gitterschicht auf einer Oberfläche des getrübten Substrats;
Aufbringen einer Flüssigkristallmaterialschicht auf die Oberfläche des getrübten Substrats, auf dem die Gitterschicht gebildet ist und Härten der Flüssigkristallmaterialschicht; und
Abtragen von Öffnungen in der getrübten Schicht und der Gitterschicht, um in der Sicherheitseinrichtung ein durchlässiges beugendes optisches Element (DOE) auszubilden,
wobei die reflektierende Gitterschicht eine oder mehrere Anordnungen von Rillen mit so einem Rillenabstand umfasst, dass Flüssigkristallmoleküle innerhalb der Flüssigkristallmaterialschicht im Wesentlichen ausgerichtet sind, um dort hindurchtretende optische Strahlung zu polarisieren.
In einigen Ausführungsformen schließt der Schritt des Ausbildens einer reflektierenden Gitterschicht das Ausbilden der reflektierenden Gitterschicht in einer Oberfläche der trübenden Schicht ein.
Alternativ kann der Schritt des Ausbildens einer reflektierenden Gitterschicht das Aufbringen einer prägbaren Materialschicht auf das getrübte Substrat und ein Einprägen der einen oder mehreren Anordnungen von Rillen in eine Oberfläche der prägbaren Materialschicht umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufbringen der prägbaren Materialschicht ein Aufbringen der prägbaren Materialschicht auf eine Oberfläche der trübenden Schicht. Alternativ kann das Aufbringen der prägbaren Materialschicht ein Aufbringen der prägbaren Materialschicht auf eine Oberfläche des getrübten Substrats gegenüber der Oberfläche, auf dem die trübende Schicht angeordnet ist, umfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Öffnungen durch Abtragen bzw. Ablation gebildet, vorzugsweise durch Laserablation. In einigen Ausführungsformen wird der Schritt des Abtragens von Öffnungen in der trübenden Schicht und der Gitterschicht vor dem Aufbringen der Flüssigkristallmaterialschicht durchgeführt. In anderen Ausführungsformen wird der Schritt des Abtragens von Öffnungen nach dem Auftragen der Flüssigkristallmaterialschicht durchgeführt, sodass die Öffnungen ferner in der Flüssigkristallmaterialschicht ausgebildet werden, ausgerichtet mit den Öffnungen in der trübenden Schicht und der Gitterschicht.
Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung werden Sicherheitsdokumente bereitgestellt, welche Sicherheitseinrichtungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfassen, und/oder wie sie gemäß den Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung hergestellt werden. Sicherheitsdokumente gemäß diesem Aspekt der Erfindung können Banknoten umfassen.
Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von besonderen Ausführungsformen ersichtlich, welche nur beispielhaft angegeben wird und welche nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung angesehen werden sollte, wie er in irgendeinem der vorstehenden Ausführungen oder in den hier angefügten Ansprüchen definiert ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale beziehen, und wobei:
1 eine schematische Darstellung ist, die Schritte veranschaulicht, welche bei einem Verfahren zur Herstellung eines DOE mit verdeckten Bildern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beteiligt sind;
2 eine schematische Darstellung ist, welche die Betrachtung eines von einem DOE in einer Rekonstruktionsebene erzeugten Bildes veranschaulicht, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung ist, welche die Betrachtung eines verdeckten Bildes über einen Polarisator veranschaulicht, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 schematisch eine zweite Ausführungsform eines Sicherheitsdokuments einschließlich einer Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht;
5 schematisch eine dritte Ausführungsform eines Sicherheitsdokuments einschließlich einer Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht;
6 schematisch eine vierte Ausführungsform eines Sicherheitsdokuments einschließlich einer Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht;
7 eine schematische Darstellung ist, welche kombinierte projizierte und verdeckte Bilder in einer Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht;
8(a) schematisch das verdeckte Bild der 7 zeigt, wie es durch einen Polarisator mit einer ersten Orientierung gesehen wird; und
8(b) schematisch das verdeckte Bild der 7 zeigt, wie es durch einen Polarisator mit einer zweiten Orientierung gesehen wird.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt schematisch ein transparentes Substrat 100, beispielsweise eine Kunststofffolie gebildet aus einem Polymermaterial, das bei der Herstellung eines Sicherheitsdokuments, einer Wertmarke oder eines ähnlichen Gegenstands eingesetzt wird. Das Substrat 100 kann aus mindestens einer biaxial orientierten Polymerfolie bestehen. Das Substrat 100 kann eine einzige Schicht des Films aus polymerem Material oder alternativ ein Laminat aus zwei oder mehr Schichten aus transparentem polymeren Film umfassen oder daraus bestehen. Das Substrat 100 ist im Querschnitt in 1 gezeigt.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform wird eine trübende Schicht 102 auf eine Oberfläche des Substrats 100 aufgetragen.
Eine Gitterschicht 103 ist auf der trübenden Schicht 102 angeordnet. Die Gitterschicht 103 umfasst eine oder mehrere Anordnungen von Rillen, die in einer Schicht aus einem geeigneten gravierbaren bzw. prägbaren Material gebildet sind. Jede Anordnung von Rillen besteht vorzugsweise aus einem linearen Wiederholungsmuster, d. h. einem Gitter, welches gleichmäßig beabstandete Merkmale ähnlichen Querschnitts bildet. Der Querschnitt der Rillen kann beispielsweise im Wesentlichen rechtwinklig sein, jedoch kann jeder geeignete Querschnitt geeignet zum Ausrichten von Flüssigkristallen (wie detaillierter nachstehend beschrieben) verwendet werden.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung sind die in der Gitterschicht 103 ausgebildeten Gitter nullter Ordnung über Wellenlängen von Interesse und in diesen Ausführungsformen ist es ein Erfordernis, dass die Gitterperiode kleiner als die Hälfte der Wellenlänge von Licht bei den Frequenzen von Interesse ist. Daher ist es für Anwendungen im Bereich vom nahen Infrarot über das sichtbare Spektrum in das nahe Ultraviolett bevorzugt, dass die Gitterperiode zwischen 100 nm und 1 μm und mehr bevorzugt zwischen 100 nm und 300 nm liegt.
Ferner enthält gemäß Ausführungsformen der Erfindung das Material, aus dem die Gitterschicht 103 gebildet ist, Metallpartikel, sodass die Schicht für die beabsichtigten Frequenzen der Anwendung reflektierend ist, z. B. zwischen dem nahen Infrarot und dem nahem Ultraviolett. Weiterhin kann das Material, aus dem die Gitterschicht 103 gebildet ist, andere Pigmente oder Farbstoffe einschließen, um Strahlung bei ausgewählten Wellenlängen zu absorbieren, sodass im Wesentlichen nur nicht absorbierte Strahlungswellenlängen von der Gitterschicht reflektiert werden.
Die Gitterschicht 103 kann gemäß einigen Ausführungen der Erfindung wie folgt hergestellt werden. Zunächst wird ein geeignetes Material, wie zum Beispiel eine Schicht aus prägbarer strahlungshärtbarer Tinte, auf die Oberfläche der trübenden Schicht 102 aufgebracht. Die gewünschte Anordnung der Rillen wird dann in dieser Schicht unter Verwendung einer Prägevorrichtung ausgebildet. Die Prägevorrichtung (nicht gezeigt) schließt eine Anordnung von Prägeelementen mit Vorsprüngen entsprechend der gewünschten Anordnung von Rillen in der Gitterschicht 103 ein. Die Oberfläche der Prägevorrichtung mit den Vorsprüngen wird in die prägbare Schicht gedrückt, die gleichzeitig und/oder anschließend gehärtet wird, um die Rillen in der Oberfläche zu fixieren.
Eine Amplitude DOE 112 wird dann durch Abtragen von Öffnungen in den Schichten 102, 103 gebildet, was es ermöglicht, dass Licht durchtritt, um ein DOE-projiziertes Bild zu erzeugen. Ein Verfahren zur Bildung der Amplitude DOE unter Verwendung einer Maske 104 mit darin ausgebildeten Öffnungen 105 ist in dargestellt. Die Öffnungen 105 werden mit Laserstrahlung 106 beleuchtet, wodurch in Übereinstimmung mit der Maske 104 ein Laserstrahl 108 mit Muster gebildet wird, welcher der gewünschten beugenden Struktur der Amplitude DOE entspricht.
Wie in 1 gezeigt hat der Laserstrahl 108 mit Muster eine derart gewählte Wellenlänge, dass das Licht durch das transparente Substrat 100 durchtritt und die trübende Schicht 102 bestrahlt. Die Laserstrahlung 108 wird in der trübenden Schicht 102 und der Gitterschicht 103 absorbiert, was zu einer Abtragung dieser Beschichtungen und der Bildung von Öffnungen 110 führt. Die Öffnungen 110 weisen eine Amplitude DOE 112 auf, die ein verborgenes Sicherheitsmerkmal von Sicherheitsdokumenten ist, welche die Erfindung ausgestalten.
Wie von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt werden wird, kann das Verfahren des Abtragens der Schichten 102, 103 unter Verwendung von Laserstrahlung mit Muster über das Substrat 100 ein geeignetes Mittel sein, um die Amplitude DOE zu erzeugen, wobei jedoch auch andere Methoden möglich sind. Zum Beispiel kann ein Schreiblaser verwendet werden, entweder über das Substrat 100 oder direkt auf den Schichten 102, 103, um die Öffnungen abzutragen.
In einer weiteren Alternative kann ein Ätzprozess verwendet werden, entweder durch mechanische oder chemische Mittel.
Anschließend wird eine Schicht aus Flüssigkristallmaterial 114, beispielsweise einem Flüssigkristallpolymer (LCP), auf das Substrat 100 aufgetragen. Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform befindet sich das Flüssigkristallmaterial 114 vorzugsweise zunächst in einem flüssigkristallinen Zustand, sodass das Material fließen und die in der Gitterschicht 103 gebildeten Rillen bedecken kann. Dabei richten sich Flüssigkristallmoleküle im Wesentlichen entlang der Längsachsen der Rillen aus. Das Flüssigkristallmaterial 114 kann zur Unterstützung beim Zuführen der Flüssigkristallmoleküle zu den Rillen ein Lösungsmittel enthalten. Das Flüssigkristallmaterial 114 kann den Rillen unter Verwendung einer Drucktechnik, zum Beispiel Flexodruck oder Tiefdruck, zugeführt werden. Vorzugsweise hat das zur Zuführung des Flüssigkristallmaterials 114 verwendete Verfahren eine minimale Auswirkung auf die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle, sodass sich die Moleküle mit den Rillen frei ausrichten können.
Nach der Applikation und der Ausrichtung wird das Flüssigkristallmaterial 114 gehärtet. In einigen Ausführungsformen wird das Härten erreicht, indem das Flüssigkristallmaterial 114 ultraviolettem (UV) Licht aus einer geeigneten Lichtquelle ausgesetzt wird. Nach einer ausreichenden Aushärtungszeit ist das Flüssigkristallmaterial 114 derart gehärtet, dass die Flüssigkristallmoleküle davon abgehalten werden, die Orientierung zu ändern. Im Ergebnis wird Licht, das durch das Flüssigkristallmaterial 114 weitergeleitet wird, wo dieses in den Rillen der Gitterschicht 103 ausgerichtet ist, durch die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle polarisiert.
Unter Bezug auf nunmehr 2 wird schematisch eine beispielhafte Anordnung 200 zum Betrachten des durchlässigen Amplituden-DOE-Merkmals des Sicherheitsdokuments dargestellt. Eine Punktlichtquelle 202 erzeugt optische Strahlung, die durch das DOE 112 hindurch tritt. Das durch die DOE 112 übermittelte Licht interferiert an der gegenüberliegenden Seite des Sicherheitsdokuments, wodurch ein Bild in einer Rekonstruktionsebene 204 erzeugt wird. Das Bild kann auf einen in der Rekonstruktionsebene 204 befindlichen Bildschirm projiziert werden, kann mit einem elektronischen Sensor wie beispielsweise einem CCD-Array erfasst werden oder kann direkt mit dem bloßen Auge betrachtet werden. Zum Beispiel wird ein Betrachter, der durch die DOE 112 schaut mit einer Lichtquelle, die sich in ausreichender Entfernung befindet und/oder ausreichend klein ist, um sich einer Punktquelle anzunähern, in der Lage sein ein Bild zu sehen, wenn die Rekonstruktionsebene 204 ungefähr mit der Beobachternetzhaut zusammenfällt.
Die 3 zeigt schematisch eine Anordnung 300 zum Betrachten eines verdeckten Bildes innerhalb einer Sicherheitseinrichtung, welche die Erfindung ausführt. Umgebungslicht 302 trifft auf das Sicherheitsdokument und wird von der Gitterschicht 103 reflektiert. Wo das Licht auf Teile der Gitterschicht 103 trifft, in denen Anordnungen von Rillen gebildet sind, wird das reflektierte Licht 304 entsprechend der Ausrichtung der gehärteten Flüssigkristallmoleküle polarisiert. Wenn dementsprechend ein Polarisator 306 in dem Pfad des reflektierten Lichts angeordnet wird, werden Komponenten des reflektierten Lichts mit orthogonaler Polarisation zu der Orientierung des Polarisators 306 blockiert. Durch ein Umorientieren (z. B. Drehen) des Polarisators 306 werden an einer Betrachtungsposition 308, aus der durch den Polarisator 306 durchtretendes Licht beobachtet wird, entsprechende helle und dunkle Muster sichtbar.
Die 4, 5 und 6 veranschaulichen drei weitere Ausführungsformen von Sicherheitsdokumenten und Sicherheitseinrichtungen mit verdeckten durchlässigen und verdeckten reflektierenden Bildermerkmalen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 4 veranschaulicht ein Sicherheitsdokument 400, in dem eine trübende Schicht 402 auf einer ersten Seite des Substrats 100 gebildet worden ist, während die Gitterschicht 403 auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats 100 gebildet worden ist. Eine Amplitude DOE 412 ist durch Abtragen von Öffnungen durch die trübende Schicht 402 und die Gitterschicht 403, beispielsweise durch Richten von Licht von einem Schreiblaser oder einem Laserstrahl mit Muster auf die Oberfläche von einer oder beiden Seiten des Substrats 100, gebildet worden.
Die 5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform 500 ähnlich zu der in 1 gezeigten Ausführungsform, bei der eine trübende Schicht 502, eine Gitterschicht 503 und eine Flüssigkristallmaterialschicht 514 auf eine einzelne Oberfläche eines Substrats 100 aufgebracht worden sind. in der Ausführungsform 500 ist ein Abtragen der Beschichtungsschichten nach dem Auftragen und Aushärten der Flüssigkristallschicht 514 durchgeführt worden, was zu der Bildung einer Amplitude DOE 512 geführt hat, welche Öffnungen umfasst, die durch alle drei Schichten hindurchtreten.
Die 6 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform 600, in der wie in der Ausführungsform 400 eine trübende Schicht 602 auf einer ersten Oberfläche des Substrats 100 angeordnet worden ist und die Gitter- und die Flüssigkristallschichten 603, 614 auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet worden sind. Anschließend wurde durch Abtragen von Öffnungen durch alle drei Schichten hindurch eine Amplitude DOE 612 gebildet.
Die 7 ist eine schematische Darstellung 700, die kombiniert verdeckte durchlässige und reflektierende Bilder in einer Sicherheitseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die Vorrichtung 700 umfasst ein Substrat 702, auf dem eine trübende Schicht aufgebracht worden ist, gefolgt von einer Gitterschicht mit einer Anzahl von Rillenanordnungen mit verschiedenen Orientierungen, wie etwa einer horizontalen Ausrichtung 704 und einer vertikalen Ausrichtung 706. Öffnungen 708 sind in den opaken Schichten abgetragen worden, und eine Flüssigkristallschicht ist aufgebracht und gehärtet worden.
Die 8(a) veranschaulicht das verdeckte Bild von 7, wie durch einen Polarisator mit einer ersten Ausrichtung betrachtet, d. h. einen Polarisator mit einer vertikalen Orientierung, wodurch Regionen, die horizontal orientierte Rillenanordnungen 704 tragen, im Bild 800 als dunkle Flecken erscheinen. Die 8(b) veranschaulicht das alternative Bild 802, das sichtbar wird, wenn der Polarisator um 90 Grad gedreht wird.
Während der größte Kontrast zwischen alternativen verdeckten Bildern erreicht wird, indem senkrecht zueinander orientierte Anordnungen von Rillen verwendet werden, versteht es sich, dass zusätzliche Orientierungen verwendet werden können, sodass eine Reihe von verschiedenen visuellen Bilder betrachtet werden kann, während der Polarisator gedreht wird, durch den die Sicherheitseinrichtung 700 betrachtet wird. Alternativ können Sicherheitseinrichtungen gebildet werden, in welchen die Rillen nur eine einzige Orientierung haben, sodass nur ein einzelnes verdecktes Bild durch einen geeignet orientierten Polarisator sichtbar ist.
Während eine Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden ist, ist es für diese nicht beabsichtigt, den Umfang der Erfindung zu beschränken. Eine Anzahl von Variationen und Modifikationen wird für Fachleute auf dem relevanten Gebiet ersichtlich sein, wie etwa die Bildung von Rillen mit verschiedenen Orientierungen und Mustern innerhalb der Gitterschicht. Außerdem werden Fachleuten auf dem Gebiet verschiedene Verfahren zum Ausbilden von Öffnungen innerhalb undurchsichtiger Schichten, die auf der Oberfläche eines transparenten Substrats angeordnet sind, ebenfalls bekannt sein. Zusätzlich kann die Querschnittsform der Rillen eine Vielzahl von Formen annehmen, solange sie geeignet sind, die Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen zu unterstützen. Dementsprechend sollte der Umfang der Erfindung so verstanden werden, dass er so ist, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.

Claims

Sicherheitseinrichtung, umfassend: ein transparentes Substrat; eine trübende Schicht; eine reflektierende Gitterschicht umfassend eine oder mehrere Anordnungen von Rillen; und eine Flüssigkristallmaterialschicht, die über zumindest einem Teil der Gitterschicht angeordnet ist, wobei die Anordnung der Rillen so einen Rillenabstand hat, dass die Flüssigkristallmoleküle innerhalb der Flüssigkristallmaterialschicht im Wesentlichen ausgerichtet sind, um dort hindurchtretende optische Strahlung zu polarisieren, und wobei die Sicherheitseinrichtung ferner Öffnungen einschließt, die in der trübenden Schicht und der Gitterschicht gebildet sind, wobei die Öffnungen ein durchlässiges beugendes optisches Element (DOE) umfassen.
Verfahren zur Herstellung einer Sicherheitseinrichtung, umfassend: Bereitstellen eines transparenten Substrats; Aufbringen einer trübenden Schicht auf eine Oberfläche des transparenten Substrats, um ein getrübtes Substrat zu bilden; Ausbilden einer reflektierenden Gitterschicht auf oder in einer Oberfläche des getrübten Substrats; Aufbringen einer Flüssigkristallmaterialschicht auf die Oberfläche des getrübten Substrats, auf dem die Gitterschicht gebildet ist, und Härten der Flüssigkristallmaterialschicht; und Ausbilden von Öffnungen in der trübenden Schicht und der Gitterschicht, um in der Sicherheitseinrichtung ein durchlässiges beugendes optisches Element (DOE) auszubilden, wobei die reflektierende Gitterschicht eine oder mehrere Anordnungen von Rillen mit so einem Rillenabstand umfasst, dass die Flüssigkristallmoleküle innerhalb der Flüssigkristallmaterialschicht im Wesentlichen ausgerichtet sind, um dort hindurchtretende optische Strahlung zu polarisieren.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, wobei die eine oder die mehreren Anordnungen von Rillen Bereiche von Rillen mit einer ersten Orientierung umfassen, die so konfiguriert ist, dass ein erstes Bild sichtbar ist, wenn die Sicherheitseinrichtung durch einen Polarisator mit einer entsprechenden ersten Orientierung betrachtet wird.
Sicherheitseinrichtung oder Verfahren nach Anspruch 3, wobei die eine oder die mehreren Anordnungen von Rillen ferner Bereiche von Rillen mit einer zweiten Orientierung umfassen, die so konfiguriert ist, dass ein zweites Bild sichtbar ist, wenn die Sicherheitseinrichtung durch einen Polarisator mit einer entsprechenden zweiten Orientierung betrachtet wird.
Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Anordnungen von Rillen in der Gitterschicht Gitter mit einer Charakteristik nullter Ordnung innerhalb eines vorbestimmten Betrachtungsbereichs von optischen Frequenzen umfassen.
Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Gitterschicht in einer Oberfläche der trübenden Schicht gebildet ist.
Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Gitterschicht in einer prägbaren Materialschicht der Sicherheitseinrichtung gebildet ist.
Sicherheitseinrichtung oder Verfahren nach Anspruch 7, wobei die prägbare Materialschicht auf einer Oberfläche der trübenden Schicht angeordnet ist.
Sicherheitseinrichtung oder Verfahren nach Anspruch 7, wobei die trübende Schicht auf einer ersten Oberfläche des Substrats und die prägbare Materialschicht auf einer zweiten Oberfläche des Substrats gegenüber der ersten Oberfläche angeordnet ist.
Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 9 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Öffnungen ferner in der Flüssigkristallmaterialschicht gebildet sind, ausgerichtet mit den Öffnungen in der trübenden Schicht und der Gitterschicht.
Sicherheitseinrichtung oder Verfahren nach einem Ansprüche 4 bis 10, wobei die Rillen in der Gitterschicht eine Periode zwischen 100 nm und 1 μm haben.
Sicherheitseinrichtung oder Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Rillen in der Gitterschicht eine Periode zwischen 100 nm und 300 nm haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei die Öffnungen durch Ablation gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Öffnungen durch Laserablation gebildet werden.
Sicherheitsdokument einschließlich einer Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 12 oder einschließlich einer nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 14 hergestellten Sicherheitseinrichtung.