DE60315049T2

DE60315049T2 - Sicherheitsdokument mit Mitteln zur Authentifizierung und Methode zur Authentifizierung von Sicherheitsdokumenten

Info

Publication number: DE60315049T2
Application number: DE60315049T
Authority: DE
Inventors: Javier Prof. Dep. F Tejada Palacios; Antonio J. Arrieta
Original assignee: European Central Bank
Current assignee: European Central Bank
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: WO2005064551A1; ES2287405T3; EP1548657A1; DE60315049D1; ATE367626T1; EP1548657B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsdokument, das Sicherheitsmittel zur Authentifizierung des Sicherheitsdokuments umfasst. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Authentifizierung eines Sicherheitsdokuments.
Die Identifizierung und Authentifizierung von Sicherheitsdokumenten, z.B. Banknoten, Passen, Ausweisen, Schecks, Aktien, festverzinslichen Wertpapieren usw., ist ein altes Problem. Zur Lösung dieses Problems sind Sicherheitsmittel entwickelt worden, um zu ermöglichen, dass Benutzer und/oder Maschinen zwischen echten und gefälschten Banknoten und/oder zwischen unterschiedlichen Werten von Banknoten unterscheiden. Zu den im Gebrauch befindlichen Techniken gehören die Verwendung von Spezialpapieren, Spezialdruckfarben, Spezialmustern, der Einschluss von Sicherheitsfäden sowie auch Wasserzeichen.
Im Hinblick auf den abnehmenden Preis und die folglich zunehmende Verfügbarkeit von fortschrittlicher Reproduktionsausrüstung ist zu befürchten, dass gedruckte Reproduktionen von Sicherheitsdokumenten erzeugt werden. Abhängig vom Grad der Sachkenntnis von Kriminellen könnten einige Reproduktionen nicht nur die breite Öffentlichkeit täuschen, die die Sicherheitsdokumente verwendet, sondern auch Validierungsmaschinen, die zur Sicherheitsdokumentenbewertung verwendet werden,
Ein Verfahren für ein nicht reproduzierbares Druckbild auf einem Sicherheitsdokument wird in der WO 01/69915 A2 beschrieben. Die zu verwendende Druckfarbe reflektiert Licht vorbestimmter Wellenlängen.
Die DE 29 09 731 A beschreibt eine Banknote, die Material, das die Farbe abhängig von der Temperatur ändert, sowie Material, das die Temperatur abhängig von der Anlegung eines elektromagnetischen Wechselfelds ändert, enthält. Das die Temperatur ändernde Material besteht aus Metallteilchen. Die Metallteilchen werden erwärmt, indem Wirbelströme induziert werden.
Die WO 02/25600 A2 offenbart eine Sicherheitseinrichtung, die einen Schwingkreis umfasst, der mittels einer spezifischen Verlustleistung Wärme erzeugt, wenn er einer elektromagnetischen HF-Strahlung ausgesetzt wird. Außerdem umfasst die Sicherheitseinrichtung eine spezifische Indikatorreaktion, die ihre Farbe abhängig von der durch den Schwingkreis erzeugten Temperatur ändert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Sicherheitsdokument bereitzustellen, insbesondere eine Banknote, das die Authentifizierung des Dokuments ermöglicht und dessen Reproduktion durch Erstellen einer Fotokopie oder durch Scannen und Drucken oder eine andere unrechtmäßige Reproduktion nicht möglicht ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Authentifizierung eines Sicherheitsdokuments mit einer hohen Sicherheit ermöglicht.
Die obigen Aufgaben werden mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das Sicherheitsdokument und das Verfahren gemäß der Erfindung beruhen auf einer Farbänderung eines Materials in Abhängigkeit von der Temperatur und der Änderung der Temperatur eines anderen Materials abhängig von einem Magnetfeld auf Grundlage des magnetokalorischen Effekts. Beide physikalischen oder chemischen Effekte sind an sich auf anderen technischen Gebieten für den Fachmann wohlbekannt.
Die Kombination der obigen physikalischen oder chemischen Effekte ermöglicht, die Farbe von Sicherheitsmitteln abhängig von der Stärke eines Magnetfelds zu ändern, dem ein Substrat ausgesetzt wird, in welchem oder auf welchem die Sicherheitsmittel bereitgestellt werden.
Der Hauptvorteil des Sicherheitsdokuments und des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, dass die Sicherheitsmittel durch Erstellen einer Fotokopie des Dokuments oder durch Scannen und Drucken nicht reproduzierbar sind, selbst wenn die Kopie oder der Druck von höchster Qualität ist. Weiter ermöglicht das Sicherheitsdokument und das Verfahren eine Authentifizierung des Dokuments, indem einfach ein Magnetfeld angelegt wird und das Dokument gegen Licht gehalten wird. Die Farbänderung sollte mit dem bloßen Auge wahrnehmbar sein.
Für die breite Öffentlichkeit ist die Erkennung der Echtheit eines Dokuments sehr leicht. Der Farbänderungseffekt erscheint nicht auf irgendeiner Kopie, Reproduktion, und im Allgemeinen ist ein unrechtmäßiger Druck des echten Dokuments nicht möglich, da nur ein fester Aspekt reproduziert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Mittel, die sichtbares Licht abhängig von der Temperatur selektiv reflektieren, Flüssigkristalle (LC). Das Vermögen, Farben zu zeigen, ist eine wohlbekannte Eigenschaft von Flüssigkristallen. Es ist ein Aspekt der Erfindung, dass die Farbänderung der Flüssigkristalle abhängig vom dem spezifischen LC, das verwendet wird, in einem Temperaturbereich von –50 bis +60°C, vorzugsweise –20 bis +40°C, bevorzugter 15 bis 25°C, auftritt. Wenn der Flüssigkristall seine Farbe bei Raumtemperatur ändert, ist eine Authentifizierung ohne Erwärmen oder Kühlen des Sicherheitsdokuments möglich.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Mittel, die die Temperatur abhängig von einem Magnetfeld ändern, Gadolinium (Gd). Gadolinium ist paramagnetisch bei Raumtemperatur und wird bei niedrigeren Temperaturen ferromagnetisch mit einem sehr großen magnetischen Moment. Dieser Übergang tritt in einem engen Intervall um die sogenannte Curie-Temperatur auf und beinhaltet deshalb eine sehr große Variation der Magnetisierung in der Nähe des Übergangspunkts. Wenn ein Magnetfeld adiabatisch an eine Gd-Probe angelegt wird, erhöht sich ihre Temperatur um ein paar Grad. Auf dieselbe Weise verringert sich dann die Temperatur der Probe, wenn das angelegte Magnetfeld ausgeschaltet wird.
Es ist ein wichtiger Vorteil von Gadolinium, dass der magnetokalorische Effekt bei dem bevorzugten Temperaturbereich, d.h. Raumtemperatur, auftritt und sich die Temperatur von Gadolinium bei der Variation von verhältnismäßig kleinen Magnetfeldern ändert.
Die Mittel, die Licht selektiv reflektieren, und die Mittel, die die Temperatur können, können als eine Mischung von Gadoliniumteilchen und Flüssigkristallen in gutem Wärmekontakt ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel, die Licht selektiv reflektieren, und die Mittel, die die Temperatur ändern, in einer Druckfarbe eingebettet, die zum Tief-, Offset-, Sieb-, Tintenstrahl-, Flexo-, Rotationstiefdruck oder für eine beliebige andere Drucktechnik geeignet ist. Z.B. können Flüssigkristalle und Gadolinium als kleine Teilchen (Mikro- oder Nanoteilchen) in der Druckfarbe eingebettet sein. Das Einbetten dieser aktiven Elemente in einer Druckfarbe ermöglicht die Produktion der Sicherheitsdokumente mit verhältnismäßig niedrigen anfallenden Kosten.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Druckfarbe für einen Mehrfarbendruck bereitzustellen, z.B. Vierfarbendruck, bei dem vier unterschiedliche Druckfarben verwendet werden, wobei jede Druckfarbe bei derselben bevorzugten Temperatur eine unterschiedliche Farbe, z.B. gelb, rot, blau und schwarz, aufweist. Deshalb kann ein unter Verwendung der unterschiedlichen Druckfarben gedrucktes Bild bei der bevorzugten Temperatur erscheinen, und es verschwindet bei anderen Temperaturen.
Gemäß einer spezifischen Ausführungsform ist das Sicherheitsdokument eine Banknote.
Zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung ist in den anliegenden Figuren eine Ausführungsform dargestellt, die hier bevorzugt wird; es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die präzise Anordnung und Mittel, die dargestellt sind, beschränkt ist.
1 zeigt zur Veranschaulichung die thermische Variation der Sättigungsmagnetisierung einer Gadoliniumprobe;
2 zeigt zur Veranschaulichung die thermische Abhängigkeit der Ableitung dM/dT von Gadolinium;
3 zeigt zur Veranschaulichung die isothermen Entmagnetisierungskurven der Gadoliniumprobe,
4 zeigt zur Veranschaulichung die magnetische Entropieänderung,
5 zeigt zur Veranschaulichung den Transmissionskoeffizienten eines Flüssigkristalls in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichts bei verschiedenen Temperaturen und
6 zeigt zur Veranschaulichung eine schematische Ansicht einer Banknote, die Substratmittel und Sicherheitsmittel gemäß der Erfindung umfasst.
Das Funktionsprinzip der Mittel, die die Temperatur abhängig von einem Magnetfeld ändern, beruht auf dem magnetokalorischen Effekt.
Der magnetokalorische Effekt ist die Temperaturänderung, die erzeugt wird, wenn ein magnetisches Material einer Variation eines Magnetfeldes ausgesetzt wird. Sie kann als die adiabatische Temperaturänderung oder als die isotherme magnetische Entropieänderung ΔS_M gemessen werden. Die magnetische Entropieänderung des Systems ist mit der Änderung der Magnetisierung M als eine Funktion von Temperatur T und Magnetfeld H verknüpft und kann aus Magnetisierungsdaten unter Verwendung der wohlbekannten Maxwell-Beziehung ΔSM(T,H) = ∫(dM/dT)HdHberechnet werden. Das Integral der obigen Gleichung sollte im Intervall zwischen H_max und H_min ausgeführt werden. Ein hoher magnetokalorischer Effekt wird beobachtet, wenn sich die Magnetisierung in einem konstanten Magnetfeld scharf verändert. Folglich kann beim Phasenübergang von ferro- zu paramagnetisch eine hohe Entropieänderung beobachtet werden, wenn eine Magnetisierung bei der Curie-Temperatur scharf abfällt.
Gadolinium ist bei Raumtemperatur paramagnetisch und wird bei niedrigeren Temperaturen mit einem sehr großen magnetischen Moment schnell ferromagnetisch. Dieser Übergang erfolgt in einem engen Intervall um die sogenannte Curie-Temperatur und beinhaltet eine sehr große Variation des magnetischen Moments.
1 stellt das magnetische Moment von Gadolinium als eine Funktion der Temperatur dar, wenn ein Magnetfeld μ₀H = 0,3 T angelegt wurde. Eine 0,25 mm dicke 99,9%ig reine Folie von Gadolinium mit einer Masse von 16 mg wurde verwendet. Die maximale negative Variation des magnetischen Moments erfolgt entsprechend der Curie-Temperatur bei 293 K, darüber verhält sich Gadolinium als ein Paramagnet. 2 zeigt die thermische Abhängigkeit der Ableitung dM/dT von Gadolinium, um die schnelle Variation der Magnetisierung um die Curie-Temperatur (273 K) zu veranschaulichen.
3 zeigt die isothermen Entmagnetisierungskurven in einem Temperaturgebiet von 285 K bis 305 K mit einem Temperaturschritt von 1 K. Die magnetische Entropieänderung wurde aus diesen Magnetisierungswerten bei T_i bzw. T_i+1-Temperaturen bei einem angelegten Magnetfeld einer Stärke μ₀H = 1 T berechnet. 4 zeigt die experimentellen Werte der magnetischen Entropieänderung, die aus den experimentellen isothermen Magnetisierungskurven bei einer Magnetfeldvariation von 1 T von einem Sättigungs- zu einem Null-Magnetfeld erhalten wurden. Es wird beobachtet, dass der Wert einer maximalen Entropieänderung um die Curie-Temperatur ein Maximum zeigt.
Die Kombination der temperaturinduzierten Farbänderung von Flüssigkristallen und des magnetokalorischen Effekts von Gadolinium wird mit dem folgenden Experiment veranschaulicht.
Die Gadoliniumprobe wurde durch einen Flüssigkristall mit einer wohlbekannten Farbänderung in einem zwischen 292,9 und 294,6 K liegenden Temperaturintervall umgeben. 5 zeigt den Transmissionskoeffizienten des Flüssigkristalls gegen die Wellenlänge des Lichts bei mehreren Temperaturen, die zwischen 19,8 und 21,6°C liegen.
Die Temperaturänderung, die in der Gd-Probe bei der maximalen Entropieänderung erzeugt wird, beträgt etwa 1,5 K, die auch zum Kühlen des Flüssigkristalls führt, der die Gd-Probe umgibt. Als Folge dieses Prozesses wurde im Flüssigkristall eine Farbänderung detektiert.
Dieser Prozess ist reversibel, zeigt weder Hystereseerscheinungen noch Gedächtniseffekte und ist sehr schnell.
In den Experimenten mit einer durch einen magnetokalorischen Effekt induzierten Farbänderung werden das Gadolinium und der Flüssigkristall zusammengebracht. Die Probe wurde aus einer Gadoliniumfolie von 1,5 × 2 cm² mit einer Dicke von 0,25 mm hergestellt. Eine Seite dieser Folie wurde mit einem dünnen Film von Flüssigkristall bedeckt. Die Temperatur der Probe wurde gesteuert, indem sie in Wärmekontakt mit einer Peltierplatte gebracht wurde. Der Peltiereffekt liegt in der Erzeugung oder Absorption von Wärme infolge der Aufbringung eines elektrischen Stroms durch einen Übergang von zwei unterschiedlichen Halbleitern. Die Richtung des Stroms bestimmt, welche Seite der Platte erwärmt oder gekühlt wird. Der Peltiereffekt ist der entgegengesetzte Effekt des thermoelektrischen (oder Seebeck-) Effekts. Der auf die Peltierplatte aufgebrachte Strom (etwa 0,3 Ampere in den Experimenten) wurde gewählt, um eine blaugrüne Farbe des Flüssigkristalls zu erhalten. Die in den Experimenten verwendete Peltierplatte liefert einen sehr kleinen Temperaturgradienten (etwa 0,2°C) entlang ihrer Oberfläche. Dies ermöglichte nicht, eine homogene Farbe im Flüssigkristall zu beobachten. Ein kommerzieller 1 Tesla-NdFeB-Magnet einer Größe von 5 × 5 × 2,5 cm³ wurde verwendet, um die Probe zu magnetisieren.
In dem endgültigen Versuchsaufbau wurde eine dünne Kristallplatte (0,25 mm dick) zwischen die Peltierplatte und die Gd-Probe platziert, um den Wärmekontakt zu verringern. Dies ermöglichte, dass der induzierte Temperaturunterschied während ein paar Sekunden aufrechterhalten wurde. Derselbe Effekt kann erhalten werden, indem z.B. ein Stück Papier verwendet wird.
Die Probentemperatur wurde mit derjenigen der Peltierplatte stabilisiert. Der Magnet wurde in die Nähe der Probe platziert. Die Temperatur der Probe begann sich zu erhöhen, bis die Probe ihre maximale Temperatur erzielte, so dass die Probe blauviolett wurde. Die Temperatur begann sich langsam zu verringern, bis sie mit der Peltierplatte stabilisiert war. Der Magnet wurde entfernt, und die Temperatur der Probe begann sich zu verringern, so dass die Probe rot wurde. Die Dauer dieser Farbänderung reichte aus, um mit dem bloßen Auge beobachtet zu werden.
6 zeigt die Vorderseite eines Sicherheitsdokuments 1 gemäß der Erfindung, das in der bevorzugten Ausführungsform eine Banknote ist. Die Banknote 1 umfasst ein geeignetes Drucksubstrat 2, das z.B. aus einem Papierbogen hergestellt ist. Ein Druck mit einem grafischen Design 3 ist auf der Vorder- und Rückseite des Substrats vorgesehen.
Der Grafikgestaltungsdruck 3 auf der Vorderseite umfasst einen rechteckigen Bereich 4, auf dem ein sichtbares Sicherheitsmuster 5 vorgesehen ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform besteht das Sicherheitsmuster aus einer Folie von Gd mit einer Dicke von 0,25 mm. Eine Seite dieser Folie ist mit einem dünnen Film von Flüssigkristall mit einer Farbvariation bedeckt, die bei der Curie-Temperatur ihr Zentrum hat. Diese Sandwichstruktur wird auf das Substrat der Banknote aufgebracht oder darin eingebettet.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform wird das Sicherheitsmuster unter Verwendung von Druckfarbe, in der Flüssigkristalle und Gadolinium als aktive Elemente (Mikro- oder Nanoteilchen) eingebettet sind, auf das Substrat gedruckt. Das Sicherheitsmuster wird unter Verwendung einer beliebigen der wohlbekannten Drucktechniken gedruckt.
Wenn die Banknote mit bloßem Auge beobachtet wird, erscheint das Sicherheitsmuster 5 als ein gefärbter rechteckiger Druck. Wenn ein Magnet in die Nähe des Substrats platziert wird, auf dem das Sicherheitsmuster gedruckt ist, erhöht sich die Temperatur der Flüssigkristalle infolge der Temperaturzunahme von Gadolinium, so dass sich die Farbe des Sicherheitsmusters ändert, z.B. wird die Farbe blauviolett. Wenn der Magnet entfernt wird, verringert sich die Temperatur der Flüssigkristalle infolge der Temperaturabnahme des Gadoliniums, so dass sich die Farbe des Sicherheitsmusters wiederum ändert, z.B. wird die Farbe rot.

Claims

Sicherheitsdokument aufweisend Substratmittel (2) und auf einem vorbestimmten Bereich (4) der Substratmittel vorgesehene Sicherheitsmittel (5) zur Authentifizierung, wobei die Sicherheitsmittel (5) Mittel, die sichtbares Licht abhängig von der Temperatur selektiv reflektieren, und Mittel, die die Temperatur abhängig von der Anlegung eines Magnetfelds andern, aufweisen, wobei die Mittel, die sichtbares Licht selektiv reflektieren, und die Mittel, die die Temperatur änderen, angeordnet sind, um die Sicherheitsmittel (5) zu bilden, die abhängig von einem an die Substratmittel angelegten Magnetfeld unterschiedliche Farben zeigen, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsprinzip der Mittel, die die Temperatur abhängig von der Anlegung eines Magnetfelds ändern, auf dem magnetokalorischen Effekt beruht.
Sicherheitsdokument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, die sichtbares Licht selektiv reflektieren, Flüssigkristalle aufweisen.
Sicherheitsdokument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, die die Temperatur ändern, Gadolinium aufweisen.
Sicherheitsdokument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, die sichtbares Licht selektiv reflektieren, und die Mittel, die die Temperatur ändern, in einer Tinte eingebettet sind, die auf dem vorbestimmten Bereich der Oberfläche der Substratmittel aufgebracht ist.
Sicherheitsdokument nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturbereich, in dem die Mittel sichtbares Licht selektiv reflektieren, in dem Bereich von –50 bis +60°C, vorzugsweise –20 bis +40°C, bevorzugter 15 bis 25°C, liegt.
Sicherheitsdokument nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratmittel (2) ein oder mehrere Materialien aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Papieren, Kunststoffen, Polymeren, Metallfolien und Metalllegierungsfolien besteht.
Sicherheitsdokument nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsdokument eine Banknote ist.
Verfahren zur Authentifizierung eines Sicherheitsdokuments mit den folgenden Schritten: Bereitstellen von Mitteln, die sichtbares Licht abhängig von der Temperatur selektiv reflektieren, und Mitteln, die die Temperatur abhängig von der Anlegung eines Magnetfelds ändern, Anordnen der Mittel, die sichtbares Licht selektiv reflektieren und der Mittel, die die Temperatur abhängig von der Anlegung eines Magnetfelds ändern so dass Sicherheitsmittel gebildet werden, die abhängig von einem an Substratmittel angelegten Magnetfeld unterschiedliche Farben zeigen, Bereitstellen der Sicherheitsmittel auf oder in den Substratmitteln, und Anlegen eines Magnetfelds an die Substratmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsprinzip der Mittel, die die Temperatur abhängig von der Anlegung eines Magnetfeld ändern, auf dem magnetokalorischen Effekt beruht.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, die sichtbares Licht selektiv reflektieren, Flüssigkristalle aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, die die Temperatur ändern, Gadolinium aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, die sichtbares Licht selektiv reflektieren, und die Mittel, die die Temperatur ändern, in einer Tinte eingebettet werden und die Tinte auf dem vorbestimmten Bereich der Oberfläche der Substratmittel aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturbereich, in dem die Mittel sichtbares Licht selektiv reflektieren, in dem Bereich von –50 bis +60°C, vorzugsweise –20 bis +40°C, bevorzugter 15 bis 25°C, liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratmittel ein oder mehrere Materialien aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Papieren, Kunststoffen, Polymeren, Metallfolien und Metalllegierungsfolien besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsdokument eine Banknote ist.