EP1492677B1 - Sicherheitselement als photokopierschutz - Google Patents

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EP1492677B1
EP1492677B1 EP03720417.9A EP03720417A EP1492677B1 EP 1492677 B1 EP1492677 B1 EP 1492677B1 EP 03720417 A EP03720417 A EP 03720417A EP 1492677 B1 EP1492677 B1 EP 1492677B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
security element
structures
security
security feature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03720417.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1492677A2 (de
Inventor
René Staub
Andreas Schilling
Wayne Robert Tompkin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OVD Kinegram AG
Original Assignee
OVD Kinegram AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by OVD Kinegram AG filed Critical OVD Kinegram AG
Publication of EP1492677A2 publication Critical patent/EP1492677A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1492677B1 publication Critical patent/EP1492677B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/328—Diffraction gratings; Holograms

Definitions

  • the invention relates to a security element with an arrangement of optically active structures in a layer composite according to the preamble of claim 1.
  • Such security elements serve as protection against photocopying and contain a surface pattern of a mosaic of surface elements with light-modifying structures molded in a laminate of plastic.
  • the security elements are used to authenticate the authenticity of an original and are particularly suitable for the protection of securities, banknotes, means of payment, identity cards and documents of all kinds, including against unauthorized photocopying.
  • the function of the security feature is to visually and easily verifiably indicate to the recipient of the item provided therewith that the item is genuine and not a copy. To put the illicitly copied object on the market, is prevented or at least extremely difficult.
  • the current technical state of the analogue black and white copiers and the digital color copiers mean that it is now possible to produce copies of documents which are practically indistinguishable from an unprotected original.
  • Such security elements use holograms and / or a surface pattern of diffractive structures and are known from a variety of documents. Representatives are here EP 0 105 099 A1 . EP 0 330 738 A1 ( US 4,984,824 A ) and the EP 0 375 833 A1 ( US 5,023,003 A ) called.
  • the surface patterns are characterized by the brilliance of the patterns and the movement effect in the pattern.
  • the diffractive structures are embedded in a thin laminate of plastic and are usually stuck in the form of a mark on documents such as banknotes, securities, identity cards, passports, visa, identity cards, etc.
  • the color copies of these security elements show a colored pattern without the motion effect, so that if the recipient is inattentive and the lighting poor, a color copy could be confused with the original of the security element.
  • the invention has for its object to provide a hard-to-imitate, cost-effective, security element that receives a photocopier not copyable representation.
  • An achromatic structure is a structure that deflects incident light substantially independently of wavelength.
  • Achromatic structures are, for example, macrostructures or blazed lattice structures with a period of 6 ⁇ m or larger, preferably with a profile depth in the range of 0.25 ⁇ m. Next, for example, structures with a period between 6 ⁇ m and 3 ⁇ m depending on the relief depth achromatic behavior.
  • achromatic structures By using achromatic structures, the advantage is achieved that in these structures, the fanning of the light is not to be considered in the determination of the angular range by the incident light is deflected by the optical structure around the direction of the mirror reflex. This ensures that no light components are deflected outside the predetermined angular range and thus become visible in the photocopy.
  • FIG. 1 the structure of a layer composite 1 is shown, are cut out of the security elements 2.
  • 3 means an outer cover layer, 4 an impression layer into which optically active structures 5, 6 are molded, 7 a protective layer, 8 an adhesive layer for the connection of the security element 2 with a document 9 as a substrate, for example, a security, a banknote, a means of payment, an identity card, in general documents of all kinds.
  • the protective layer 7 fills the depressions of the optically active structures 5, 6. Therefore, the boundary layer between the impression layer 4 and the protective layer 7 has the shape of the reliefs of the optically active structures 5, 6.
  • the boundary layer is designed as a reflection layer 10.
  • the reflection layer 10 consists of a thin layer of a high-gloss metal, such as Al, Au, Cr, Te, etc., in a layer thickness of 30 to 100 nm.
  • a high-gloss metal such as Al, Au, Cr, Te, etc.
  • this may be a double-layered metal dielectric, with the dielectric adjacent to the molding layer 4 and the metal adjacent to the protective layer 7, a triple layer in which the transparent dielectric layer, eg 100 nm to 150 nm TiO 2, is interposed between a transparent metallic layer, For example, 5 nm Al, and the reflective metal layer, for example, more than 50 nm Al, is included, wherein the reflective, opaque metal layer adjacent to the protective layer 7.
  • the transparent dielectric layer eg 100 nm to 150 nm TiO 2
  • a transparent metallic layer For example, 5 nm Al
  • the reflective metal layer for example, more than 50 nm Al
  • the layer composite 1 is built up on a long web, not shown here, of a carrier film, the cover layer 3 first being applied to the carrier film and then in the order given the impression layer 4, the reflection layer 10, the protective layer 7 and the adhesive layer 8. If the Material of the protective layer 7 is an adhesive, the adhesive layer 8 is unnecessary.
  • the reliefs of the optically active structures 5, 6 are molded either before or after the application of the reflection layer 10.
  • the security elements 2 are cut out of the layer composite 1, glued to the substrate 9 and the Carrier film removed. Since at least the cover layer 3 and the impression layer 4 are transparent, the optical effects of the optically active structures 5, 6 through the cover layer 3 and the impression layer 4 are visible to an observer.
  • the optically active structures 5, 6 are subdivided into first structures 5 and into second structures 6 (not claimed) or according to the invention are integrated into other macrostructures discussed below.
  • the first structures 5 are, for example, specular structures, such as smooth mirror surfaces arranged parallel to the surface of the layer composite 1, diffraction gratings having a random profile and having a spatial frequency f greater than 2400 lines / mm acting as colored mirrors, and special achromatic grating structures.
  • Parallel incident light 11 is reflected by the specular first structures 5 according to the law of reflection, i.
  • the angle of incidence ⁇ between the direction of the incident light 11 and a normal 12 to the surface of the layer composite 1 is equal to the reflection angle ⁇ , which is included between the normal 12 and the direction of reflected light beams 13 and the mirror reflex.
  • the diffraction gratings with the high spatial frequency f> 2400 lines / mm bend a section of the visible spectrum of the incident light 11 only in the zeroth diffraction order, i. at the angle of reflection ⁇ .
  • the second structures 6 are achromatic structures, such as symmetrical and asymmetrical sawtooth-shaped lattice structures having a spatial frequency of at most 300 lines / mm, low-scattering matte structures, and kinoforms having e.g. the corresponding property.
  • the achromatic, sawtooth-shaped lattice structure 6 is distinguished by an excellent direction 39, the lattice vector, and in the continuous region has a local inclination y of the lattice structure of at most ⁇ 7 °, preferably ⁇ 5 °, with respect to the surface of the layer composite 1.
  • achromatic, sawtooth-shaped lattice structure 6 is distinguished by an excellent direction 39, the lattice vector, and in the continuous region has a local inclination y of the lattice structure of at most ⁇ 7 °, preferably ⁇ 5 °, with respect to the surface of the layer composite 1.
  • ⁇ 7 ° preferably ⁇ 5 °
  • the matte structures scatter the incident light 11 into a scattering cone having an opening angle predetermined by the scattering power of the matte structure and the direction of the reflected light 22 as the cone axis.
  • the intensity of the scattered light is e.g. on the cone axis largest and decreases with increasing distance from the cone axis, wherein the deflected in the direction of the generatrices of the scattering cone light is barely visible to an observer.
  • the cross section of the scattering cone perpendicular to the cone axis is rotationally symmetric in a matt structure referred to here as "isotropic".
  • structural elements of the matt structures mentioned here as “anisotropic” have a preferred direction in the plane of the security element 2.
  • the cross section is upset in the "anisotropic" matt structure in the preferred direction, i. elliptically deformed with the short main axis of the ellipse parallel to the preferred direction.
  • the preferred direction and the excellent direction 39 associated with the "anisotropic” matte structure include an azimuth angle of 90 °.
  • the weakly scattering "isotropic” or “anisotropic” matt structure or the kinoform deflects the incident light 11 within a narrow scattering cone with an opening angle ⁇ of at most 14 °, preferably 10 °, between a surface line 14, 15 of the scattering cone and the direction of the reflected light rays 13 is included.
  • the profile height of the optically active structures 5, 6 in the layer composite 1 is limited to a stroke H smaller than 10 microns.
  • Preferred values of the stroke H are in the range 0.05 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the stroke H is not a fixed value within the security feature 30, since the stroke H, due to the optically active structures 5, 6 or the macrostructures, with advantage locally different Takes values from the specified range in order to avoid technological difficulties, especially in the case of macrostructures.
  • FIG. 2 is a modern digital copier 16 for color copies or black and white copies with its functional components shown in longitudinal section.
  • a transparent glass plate 17 serves as a support for the document 9 and has a predetermined format, such as A4, A3, etc., on.
  • the document 9 is - with the glued security element 2 ( Fig. 1 ) is placed on the glass plate 17 and is illuminated by the glass plate 17 in a narrow strip extending across the glass plate 17 and the document 9 respectively, the strip moving along the glass plate 17 during the copying operation becomes.
  • a lighting device 18 comprises a carriage which is displaceable under the glass plate 17 on a rail 34 in the direction of the unspecified arrows along the glass plate 17, a linear light source 19 and focusing mirrors 20, 21.
  • the illumination device 18 with the carriage, the light source 19th and the focusing mirrors 20, 21 extend in the FIG. 2 perpendicular to the plane of the drawing across the width of the glass plate 17.
  • the white light emitted by the light source 19 is approximately symmetrical to the normal 12 (Fig. Fig. 1 ) through the glass plate 17 on the document 9 in the narrow strip.
  • the light incident on the document 9 has an angle of incidence of approximately 40 ° to 50 ° and -40 ° to -50 °.
  • Light 22 scattered back on the security element 2 and on the document 9 in the direction of the normal 12 passes into the detector 26 via three plane deflecting mirrors 23, 24, 25.
  • the deflecting mirrors 23, 24, 25 and the detector 26 extend parallel to the light source 19 and to the focusing mirrors 20, 21 over the entire length of the strip.
  • the detector 26 has in its longitudinal extension on a straight line a plurality of photodetectors 27 for receiving the backscattered light 22.
  • the number of Photodetectors 27 per unit length determine the resolution of the copier 16.
  • the detector 26 analyzes the backscattered light 22 and produces an electrical image of the strip illuminated on the document 9. Analog copying machines have a comparable guidance of the illuminating, emitted light and the backscattered light 22.
  • FIG. 3 In the diagram of FIG. 3 is the answer function AF of the copier 16 ( Fig. 2 ) in arbitrary units schematically as a function of a failure angle ⁇ of the backscattered light 22 (FIG. Fig. 2 ) and the diffracted or scattered light relative to the direction of the reflected light beams 13 (FIG. Fig. 1 ) applied.
  • the copier 16 is blind to avoid the reception of specular reflections from the glass plate 17 and the document 9 in the detector 26.
  • An area “B” includes the angles of incidence ⁇ of 15 ° to 75 °.
  • the copier 16 operates and receives the backscattered light 22 in the detector 26.
  • the backscattered light 22 from a third area “C” with the rejection angles ⁇ > 75 ° is no longer detected by the copier 16.
  • the backscattered light 22 is centered on white paper, a strongly scattering surface, about the angle of failure of ⁇ 45 °. Each flat mirror surface is reproduced in black in the copy.
  • the FIG. 4 shows the security element 2 arranged on the document 9.
  • the security element 2 has a mosaic-like surface pattern 28 of surface elements 29 with microscopically fine diffraction structures, mirror surfaces and matt structures. When illuminated with daylight and when security element 2 is rotated or tilted, the flashing lights flash Surface elements 29, so that the visual impression of the surface pattern 28 changes continuously.
  • the security element 2 contains a security feature 30.
  • a surface 31 of the security feature 30 is subdivided into at least a first sub-area 32 and a second sub-area 33.
  • the first partial surfaces 32 have one of the first structures 5 (FIG. Fig. 1 ), while the second partial surfaces 33 with one of the second structures 6 (FIG. Fig. 1 ) are occupied.
  • the second structure 6 is an achromatic structure from the group of symmetrical and asymmetrical, sawtooth-shaped lattice structures with a spatial frequency of at most 300 lines / mm, the low-scattering matte structures and the kinoforms.
  • the first structure 5 is a structure, arranged parallel to the surface of the layer composite, of the group of plane smooth mirror surfaces and the diffraction gratings with a spatial frequency f greater than 2400 lines / mm and the sawtooth-shaped achromatic grating structures and "anisotropic" matt structures, if their excellent direction 39 ( Fig. 1 ) and the excellent direction 39 associated with the second structure 6 differ by at least the azimuth angle of 25 °.
  • the two partial surfaces 32, 33 have a common boundary, the partial surfaces being immediately adjacent and / or the one partial surface 32, 33 being disposed within the other partial surface 33, 32, respectively.
  • a plurality of the one faces 32 and 33 on the one background forming another face 33 or 32 arranged so that the plurality of partial faces 32 and 33 forms a visually highly visible information, such as writing and / or logo or image information.
  • the security feature 30 is therefore also large and has at least one surface of 0.5 cm 2 , preferably more than 1 cm 2 , wherein the smallest dimension is at least 0.5 mm.
  • the security element 2 is cut out of the laminated composite 1 made of plastic and applied to the document 9.
  • the optically active structures 5, 6 of the security feature 30 and, if present, the diffraction structures, mirror surfaces and matt structures of the surface elements 29 of the surface pattern 28 are formed.
  • the reflection layer 10 has the macrostructure in the area 31 of the security feature 30 and / or the reflection layer 10 is subdivided into at least a first and a second partial area 32, 33.
  • the first partial area 32 is covered with one of the first structures 5 arranged parallel to the surface of the laminate 1, which blocks the incident light 11 in the direction of the mirror reflection as mirrored light 13 (FIG. Fig. 1 ) distracts.
  • one of the second structures 6 is formed, which the incident light 11 within the by the scattering cone with the opening angle ⁇ ( Fig. 1 ) deflects predetermined angular range about the direction of the mirror reflex.
  • the inventive embodiment of the security feature 30 is shown with one of the macrostructures 35. Together with the discrete arrangement of the first and second sub-areas 32 (FIG. Fig. 4 33, Fig. 4 ) is in the security feature 30, a single curved in area parts surface 31, the macrostructure 35, used.
  • the reflective layer 10 with the macrostructure 35 embedded between the impression layer 4 and the protective layer 7 has bulges 36 in the predetermined surface portions.
  • the profile of the macrostructure 35 is smooth in microscopic regions or the profile is superposed with one of the matt structures or the microscopically fine diffraction grating, wherein the spatial frequency f of the diffraction grating more than 2400 lines / mm.
  • the profile of the macrostructure 35 is a function M (x, y) of the coordinates x, y which span the surface 31 of the security feature 30, wherein ⁇ M (x, y) ⁇ 0 at least in subregions of the macrostructure 35.
  • the bulges 36 follow known mathematical functions determined by the function M (x, y) and surround or form, for example, graphic characters or letters, or the macrostructure 35 is a relief image, as known from coins or gems.
  • the tangential surface to the macrostructure 35 has at no point a local inclination ⁇ of more than ⁇ 7 ° with respect to the surface of the layer composite 1 ( Fig. 1 ) on.
  • the macrostructure 35 has the reflection layer 10 formed as an interference layer.
  • the macrostructure 35 In order for the macrostructure 35 to produce visual effects visible to the naked eye, adjacent points with extreme values of the profile height of the macrostructure have a distance of at least 0.3 mm.
  • the stroke H of the optically active structures 5 (FIG. Fig. 1 6, Fig. 1 ), 35 is limited to about 10 microns for technical reasons, the macrostructure 35 is molded with a profile height modulo stroke H in the molding layer 4.
  • the resulting discontinuity points 37 are not to be regarded as extreme values of the profile heights of the macrostructure.
  • the FIG. 6 2 shows the top view of the original of the document 9.
  • the security feature 30 has as information the letters "OK", which consist of the second sub-areas 33 with the achromatic second structures 6 (FIG. Fig. 1 ) and as background the first partial area 32 with the reflecting first structure 5 (FIG. Fig. 1 ).
  • the information or the second sub-areas 33 of the white-illuminated security feature 30 appear to the observer in the mirror reflex in a gray color in front of the bright, shiny background of the first sub-area 32 with the specular first structure 5, since the achromatic structures 6 of the second sub-area 33, the incident light 11 (FIG. Fig. 1 ) by the eye of the observer.
  • the effect of the refraction on the light rays at the transition air layer composite 1 is not taken into account.
  • the light 11 incident at the incident angle ⁇ is deflected by the specular structure 5 in the first sub-area 32 in the direction of the reflected light 13. In this case, the azimuth of said reflecting structures 5 is irrelevant. If the light 11 strikes the lattice structure of the achromatic structure 6 with the local inclination ⁇ , the angle of incidence ⁇ is smaller by the local inclination ⁇ , since the normal 12 and the surface normal on the inclined surface of the lattice structure enclose the local inclination ⁇ .
  • the local inclination corresponds to the blaze angle in the asymmetric lattice structure.
  • the grating structure deflects the incident light 11 in the direction of the reflected light, whereby also the angle of reflection, with respect to the surface normal, is smaller by the local inclination and, with respect to the normal 12, by twice the amount of the angle ⁇ . Since the inclination ⁇ is at most ⁇ 7 °, the light deflected by the grating structure deviates by at most ⁇ 14 ° from the direction of the reflected light 13.
  • the observer rotates and tilts the document 9 with the security element 30 (FIG. Fig.
  • the second sub-areas 33 are suddenly brighter than the background of the first sub-area 32, since the direction of the reflected light 13 past the eye of the observer , If the "isotropic" matt structure described above is used as the achromatic second structure 6 in the second subarea 33, the scattered light is distributed independently of the azimuth within the scattering cone delimited by the generatrices 14, 15. In the direction of the reflected light 13, the scattered light from the second sub-area 33 is less intense than that mirrored light 13 of the first partial surface 32.
  • the intensity of the scattered light is stronger than that of the mirror surface, ie the second partial surface 33 is brighter than the first partial surface 32.
  • the intensity of the scattered light increases against the cladding of the scattering cone too quickly, so that outside the scattering cone, the second sub-area 33 is again darker than the first sub-area 32.
  • the change in intensity between the partial surfaces 32, 33 of the security feature 30 is the authenticity feature.
  • the first structure 5 in the first partial area 32 is the achromatic sawtooth-shaped lattice structure or an "anisotropic" matte structure with a first designated direction 39 and the second partial area 33 is the achromatic sawtooth-shaped lattice structure or second structure 33 formed an "anisotropic" matt structure, with their excellent direction 39 from the first direction 39 at least distinguished in azimuth.
  • the achromatic saw-toothed lattice structure of the first structure 5 is the mirror image of the second structure 6.
  • the achromatic grating structures are arranged in pixel elements.
  • the achromatic grating structures have in each pixel element polygonal or circular grooves with a constant spatial frequency f.
  • the grating vectors of these grating structures point radially outward from the center of the pixel element.
  • the information represented by the sub-areas 32 and 33 is constructed, for example, of square pixel elements of at least 0.5 mm side length, wherein the corresponding grating vectors of each pixel element are aligned parallel or according to a predetermined pattern.
  • the predetermined pattern causes a wandering of the maximum surface brightness over the partial surfaces 32 and 33 during rotation of the security element 2.
  • a further advantageous feature of the security feature 30 is achieved by the use of different achromatic grating structures in the plurality of partial areas 32 and 33, respectively, which are arranged on the background of the other partial area 33 or 32.
  • the grating vectors are aligned parallel to the excellent direction 39.
  • the sub-areas 32 and 33 successively reach the maximum surface brightness.
  • the three sub-areas 32 and 33 have achromatic grating structures with the spatial frequency f of 160 lines / mm.
  • the three lattice structures differ in the blaze angle or stroke with the values 150 nm, 250 nm and 400 nm.
  • both the blaze angle and the excellent direction 39 change from one face 32 and 33 to the next.
  • FIG. 7 A copy of the in the FIG. 6 shown originals is in the FIG. 7 shown. Since the copier 16 ( Fig. 2 ) in the area "A" ( Fig. 3 ) and "C" ( Fig. 3 ) is blind, only those surface elements 29 of the surface pattern 28 (FIG. Fig. 4 ) from the copier 16, the light in the area "B" ( Fig. 3 ) sprinkle or bend. For example, this has in the representation of FIG. 6 rectangular surface element 29 'has a diffraction grating which could in itself bend light into the region "B", but whose diffraction grating vector is in the plane of the glass plate 17 (FIG. Fig.
  • the copier 16 can reproduce the rectangular surface element 29 'in a pale color or a gray tone if the intensity of the backscattered light 22 (FIG. Fig. 2 ) from the rectangular surface element 29 'is not sufficiently small.
  • the security element 2 By turning the security element 2 in its plane, the surface elements 29 are differently on the glass plate 17 (FIG. Fig. 2 ).
  • the rectangular surface element 29 ' whose diffraction grating vector is now oriented virtually perpendicular to the illuminating strip, can now detect the incident light 11 (FIG. Fig.
  • the security feature 30 behaves differently, since the optically active structures 5 (FIG. Fig. 1 6, Fig. 1 ) of the partial surfaces 32 ( Fig. 6 33, Fig. 6 ) deflect the incident light 11 into the areas "A" and "C" in each azimuthal orientation.
  • the surface 31 of the security feature 30 will therefore reflect monochrome in black regardless of the azimuthal orientation of the document 9 on the glass plate 17 of the copier 16.
  • the security feature 30 therefore contains visually visible but not photocopiable information.
  • the advantage of this security feature 30 is its independence from its azimuthal orientation to the copier 16.
  • surface elements 29 extend over the security feature 30, e.g. At least one planar element 29 has one of the meandering, guilloche-like, net-like shapes and divides the surface 31 into smaller partial surfaces 32, 33. Since at a predetermined orientation of the security element 2, the band 38 appears to the observer of the original as a very brilliant line, already satisfies a line width of the band 38 of at least 0.05 mm; Preferably, the line width is between 0.1 mm to 0.3 mm.
  • the security feature 30 is protected by means of the band 38 against a simple imitation household foil made of aluminum.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitselement mit einer Anordnung von optisch wirksamen Strukturen in einem Schichtverbund gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Solche Sicherheitselemente dienen als Photokopierschutz und enthalten ein Flächenmuster aus einem Mosaik von Flächenelementen mit in einem Schichtverbund aus Kunststoff abgeformten, Licht modifizierenden Strukturen. Die Sicherheitselemente werden zur Beglaubigung der Echtheit eines Originals verwendet und eignen sich insbesondere zum Schutz von Wertpapieren, Banknoten, Zahlungsmitteln, Identitätskarten und Dokumenten aller Art, unter anderem gegen unerlaubtes Photokopieren. Die Funktion des Sicherheitsmerkmals besteht darin, dem Empfänger des damit versehenen Gegenstandes visuell und leicht überprüfbar anzuzeigen, dass der Gegenstand echt und keine Kopie ist. Den unerlaubt kopierten Gegenstand in den Verkehr zu bringen, wird verhindert oder zumindest ausserordentlich erschwert. Der aktuelle technische Stand der analogen schwarz-weiss Kopierer und der digitalen Farbkopierer erlaubt es allerdings mittlerweile, Kopien von Dokumenten herzustellen, welche praktisch nicht mehr von einem ungeschützten Original zu unterscheiden sind.
  • Derartige Sicherheitselemente verwenden Hologramme und/oder ein Flächenmuster aus diffraktiven Strukturen und sind aus einer Vielzahl von Dokumenten bekannt. Stellvertretend seien hier die EP 0 105 099 A1 , EP 0 330 738 A1 ( US 4,984,824 A ) und die EP 0 375 833 A1 ( US 5,023,003 A ) genannt. Die Flächenmuster zeichnen sich durch die Brillanz der Muster und den Bewegungseffekt im Muster aus. Die diffraktiven Strukturen sind in ein dünnes Laminat aus Kunststoff eingebettet und werden meist in Form einer Marke auf Dokumente, wie Banknoten, Wertpapiere, Personalausweise, Pässe, Visa, Identitätskarten usw. aufgeklebt. Die Farbkopien dieser Sicherheitselemente zeigen ein farbiges Muster ohne den Bewegungseffekt, so dass bei Unaufmerksamkeit des Empfängers und schlechter Beleuchtung eine Farbkopie mit dem Original des Sicherheitselements verwechselt werden könnte.
  • Ein anderes Sicherheitsmerkmal zum Schutz vor unerlaubtem Kopieren des Dokuments ist aus der EP 0 522 217 bekannt. Ein metallisch glänzender Transferstreifen ist auf das Dokument aufgeklebt. Auf der Kopie wird der metallisch glänzende Transferstreifen in Schwarz wiedergegeben und erzeugt daher einen deutlichen Kontrast zum spiegelnden Verhalten auf dem Original. Diese einfache, der Allgemeinheit leicht verständliche Botschaft genügt, um die Kopie vom Original zu unterscheiden. Leider ist auf der Kopie dieser Schutz imitierbar, so dass die Kopie bei schlechten Lichtverhältnissen oder in der Hektik für das Original gehalten werden kann.
  • In der EP 0 201 323 B1 sind Materialien aufgelistet, die für die Herstellung des Schichtverbunds mit den Sicherheitselementen verwendbar sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schwer nachzuahmendes, kostengünstiges, Sicherheitselement zu schaffen, das eine mit Fotokopierern nicht kopierbare Darstellung erhält.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Sicherheitselement aus einem Schichtverbund zum Aufkleben auf ein Substrat gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. Durch die Erfindung wird eine Vielzahl von Vorteilen erzielt.
  • Durch eine gewölbte spiegelnde Makrostruktur, die Licht im Wesentlichen innerhalb dieses Winkelbereiches ablenkt, oder durch zwei oder mehr Teilflächen, die Licht im Wesentlichen innerhalb dieses Winkelbereichs ablenken, wird es möglich optische Informationen in dem Flächenverbund zu kodieren, die nicht photokopierbar aber für das menschliche Auge sichtbar sind. Eine achromatische Struktur ist eine Struktur, die einfallendes Licht im Wesentlichen wellenlängenunabhängig ablenkt.
  • Einfallendes Licht wird von einer achromatischen Struktur im Wesentlichen wellenlängenunabhängig reflektiert, gebeugt oder gestreut, so dass sich für einen menschlichen Betrachter im üblichen Betrachtungsabstand keine oder nur sehr geringe, vernachlässigbare Farbeffekte zeigen. Achromatische Strukturen sind so beispielsweise Makrostrukturen oder Blaze-Gitterstrukturen mit einer Periode von 6 µm oder grösser, bevorzugt mit einer Profiltiefe im Bereich von 0,25 µm. Weiter zeigen beispielsweise Strukturen mit einer Periode zwischen 6 µm und 3 µm abhängig von der Relieftiefe achromatisches Verhalten.
  • Durch die Verwendung von achromatischen Strukturen wird der Vorteil erzielt, dass bei diesen Strukturen die Auffächerung des Lichtes nicht bei der Bestimmung des Winkelbereiches zu beachten ist, indem das einfallende Licht um die Richtung des Spiegelreflexes herum von der optischen Struktur abgelenkt wird. So kann sichergestellt werden, dass keine Lichtbestandteile ausserhalb des vorbestimmten Winkelbereiches abgelenkt und damit in der Photokopie sichtbar werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden mittels der Figuren näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Querschnitt durch ein Sicherheitselement,
    Figur 2
    ein Kopiergerät im Querschnitt,
    Figur 3
    ein Diagramm der Antwortfunktion des Kopiergeräts,
    Figur 4
    ein Sicherheitsmerkmal,
    Figur 5
    eine Makrostruktur,
    Figur 6
    ein Dokument mit dem originalen Sicherheitselement und
    Figur 7
    eine Kopie des Dokuments.
  • In der Figur 1 ist der Aufbau eines Schichtverbunds 1 dargestellt, aus dem Sicherheitselemente 2 ausgeschnitten werden. Im Schichtverbund 1 bedeuten 3 eine äussere Deckschicht, 4 eine Abformschicht, in die optisch wirksame Strukturen 5, 6 abgeformt sind, 7 eine Schutzschicht, 8 eine Klebeschicht für die Verbindung des Sicherheitselements 2 mit einem Dokument 9 als Substrat, beispielsweise einem Wertpapier, einer Banknote, einem Zahlungsmittel, einer Identitätskarte, ganz allgemein Dokumenten aller Art.
  • Die Schutzschicht 7 verfüllt die Vertiefungen der optisch wirksamen Strukturen 5, 6. Daher weist die Grenzschicht zwischen der Abformschicht 4 und der Schutzschicht 7 die Form der Reliefs der optisch wirksamen Strukturen 5, 6 auf. Zur Verstärkung der Reflexion an der Grenzschicht ist die Grenzschicht als Reflexionsschicht 10 ausgeführt. Die Reflexionsschicht 10 besteht aus einer dünnen Schicht eines hochglänzenden Metalls, wie Al, Au, Cr, Te usw., in einer Schichtdicke von 30 bis 100 nm. In der eingangs erwähnten EP 0 201 323 B1 sind in der Tabelle 1 anorganische Dielektrika mit einem hohen Brechungsindex aufgeführt, die sich als Reflexionsschicht 10 eignen. Interessante zusätzliche Farbeffekte ergeben sich mit einer Interferenzschicht als Reflexionsschicht 10 mit mehreren Lagen aus sich abwechselnden metallischen und dielektrischen Schichten. Beispielsweise kann dies eine Doppelschicht Metall - Dielektrikum sein, wobei das Dielektrikum an die Abformschicht 4 und das Metall an die Schutzschicht 7 angrenzen, eine Dreifachschicht, bei der die transparente dielektrische Schicht, z.B. 100 nm bis 150 nm Ti02, zwischen einer transparenten metallischen Schicht, z.B. 5 nm Al, und der reflektierenden Metallschicht, z.B. mehr als 50 nm Al, eingeschlossen ist, wobei die reflektierende, opake Metallschicht an die Schutzschicht 7 angrenzt.
  • Der Schichtverbund 1 wird auf einer hier nicht gezeigten, langen Bahn einer Trägerfolie aufgebaut, wobei zunächst die Deckschicht 3 auf der Trägerfolie aufbracht wird und anschließend in der angegebenen Reihenfolge die Abformschicht 4, die Reflexionsschicht 10, die Schutzschicht 7 und die Klebeschicht 8. Falls das Material der Schutzschicht 7 ein Kleber ist, erübrigt sich die Klebeschicht 8. Die Reliefs der optisch wirksamen Strukturen 5, 6 werden entweder vor oder nach dem Aufbringen der Reflexionsschicht 10 abgeformt. Schliesslich werden aus dem Schichtverbund 1 die Sicherheitselemente 2 ausgeschnitten, auf das Substrat 9 aufgeklebt und die Trägerfolie entfernt. Da wenigstens die Deckschicht 3 und die Abformschicht 4 transparent sind, sind die optischen Effekte der optisch wirksamen Strukturen 5, 6 durch die Deckschicht 3 und die Abformschicht 4 hindurch für einen Beobachter sichtbar.
  • Die optisch wirksamen Strukturen 5, 6 unterteilen sich in erste Strukturen 5 und in zweite Strukturen 6 (nicht beansprucht) oder sind erfindungsgemäß in andere, weiter unten besprochene Makrostrukturen integriert. Die ersten Strukturen 5 sind beispielsweise spiegelnde Strukturen, wie parallel zur Fläche des Schichtverbunds 1 angeordnete glatte Spiegelflächen, als farbige Spiegel wirkende Beugungsgitter mit einem beliebigen Profil und mit einer Spatialfrequenz f größer als 2400 Linien/mm und spezielle achromatische Gitterstrukturen. Parallel einfallendes Licht 11 wird von den spiegelnden ersten Strukturen 5 nach dem Reflexionsgesetz reflektiert, d.h. der Einfallswinkel α zwischen der Richtung des einfallenden Lichts 11 und einer Normalen 12 zur Fläche des Schichtverbunds 1 ist gleich dem Reflexionswinkel β, der zwischen der Normalen 12 und der Richtung reflektierter Lichtstrahlen 13 bzw. des Spiegelreflexes eingeschlossen ist. Die Beugungsgitter mit der hohen Spatialfrequenz f > 2400 Linien/mm beugen einen Ausschnitt aus dem sichtbaren Spektrum des einfallenden Lichts 11 nur in die nullte Beugungsordnung, d.h. unter dem Reflexionswinkel β. Die zweiten Strukturen 6 sind achromatische Strukturen, wie symmetrische und asymmetrische, sägezahnförmige Gitterstrukturen mit einer Raumfrequenz von höchstens 300 Linien/mm, schwach streuende Mattstrukturen und Kinoformen mit z.B. der entsprechenden Eigenschaft.
  • Die achromatische, sägezahnförmige Gitterstruktur 6 zeichnet sich durch eine ausgezeichnete Richtung 39, dem Gittervektor, aus und weist im stetigen Bereich eine lokale Neigung y der Gitterstruktur von höchstens ±7°, vorzugsweise ±5°, in Bezug auf die Oberfläche des Schichtverbunds 1 auf. In der Zeichnung der Figur 1 ist als Beispiel eine asymmetrische Gitterstruktur als zweite Struktur 6 mit der nach rechts weisenden ausgezeichneten Richtung 39 gezeigt.
  • Die Mattstrukturen streuen das einfallende Licht 11 in einen Streukegel mit einem durch das Streuvermögen der Mattstruktur vorbestimmten Öffnungswinkel und mit der Richtung des reflektierten Lichts 22 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 senkrecht zur Kegelachse ist rotationssymmetrisch bei einer hier "isotrop" genannten Mattstruktur. Im Gegensatz zu den "isotropen" Mattstrukturen weisen Strukturelemente der hier "anisotrop" genannten Mattstrukturen eine Vorzugsrichtung in der Ebene des Sicherheitselements 2 auf. Der Querschnitt ist bei der "anisotropen" Mattstruktur in der Vorzugsrichtung gestaucht d.h. elliptisch verformt mit der kurzen Hauptachse der Ellipse parallel zur Vorzugsrichtung. Bei der "anisotropen" Mattstruktur schliessen die Vorzugsrichtung und die der "anisotropen" Mattstruktur zugeordnete ausgezeichnete Richtung 39 einen Azimutwinkel von 90° ein.
  • Die schwach streuende "isotrope" bzw. "anisotrope" Mattstruktur bzw. das Kinoform lenken das einfallende Licht 11 innerhalb eines engen Streukegels mit einem Öffnungswinkel ε von maximal 14°, vorzugsweise 10°, ab, der zwischen einer Mantellinie 14, 15 des Streukegels und der Richtung der reflektierten Lichtstrahlen 13 eingeschlossen ist. Aus technischen Gründen ist die Profilhöhe der optisch wirksamen Strukturen 5, 6 im Schichtverbund 1 auf einen Hub H kleiner als 10 µm begrenzt. Vorzugswerte des Hubs H liegen im Bereich 0.05 µm bis 2 µm. Der Hub H ist kein fester Wert innerhalb des Sicherheitsmerkmals 30, da der Hub H, bedingt durch die optisch wirksamen Strukturen 5, 6 bzw. die Makrostrukturen, mit Vorteil lokal unterschiedliche Werte aus dem angegebenen Bereich annimmt, um insbesondere bei den Makrostrukturen technologische Schwierigkeiten zu umgehen.
  • In der Figur 2 ist ein moderner digitaler Kopierer 16 für Farbkopien oder schwarz-weisse Kopien mit seinen funktionellen Komponenten im Längsschnitt gezeigt. Eine transparente Glasplatte 17 dient als Auflage für das Dokument 9 und weist ein vorbestimmtes Format, wie z.B. A4, A3 usw., auf. Das Dokument 9 ist - mit dem aufgeklebten Sicherheitselement 2 (Fig. 1) gegen das Glas gewendet - auf der Glasplatte 17 angeordnet und wird durch die Glasplatte 17 hindurch in einem schmalen Streifen, der sich quer über die Glasplatte 17 bzw. das Dokument 9 erstreckt, beleuchtet, wobei der Streifen während des Kopiervorgangs längs der Glasplatte 17 bewegt wird. Eine Beleuchtungseinrichtung 18 umfasst einen Wagen, der unter der Glasplatte 17 auf einer Schiene 34 in Richtung der nicht bezeichneten Pfeile längs der Glasplatte 17 verschiebbar ist, eine linienförmige Lichtquelle 19 und fokussierende Spiegel 20, 21. Die Beleuchtungseinrichtung 18 mit dem Wagen, die Lichtquelle 19 und die fokussierenden Spiegel 20, 21 erstrecken sich in der Figur 2 senkrecht zur Zeichnungsebene über die Breite der Glasplatte 17. Das weisse, von der Lichtquelle 19 ausgesandte Licht wird von den fokussierenden Spiegeln 20, 21 ungefähr symmetrisch zur Normalen 12 (Fig. 1) durch die Glasplatte 17 hindurch auf dem Dokument 9 in dem schmalen Streifen konzentriert. Das auf dem Dokument 9 auftreffende Licht weist je nach Fabrikat des Kopierers 16 einen Einfallswinkel von etwa 40° bis 50° und -40° bis -50° auf. Am Sicherheitselement 2 und am Dokument 9 in Richtung der Normalen 12 rückgestreutes Licht 22 gelangt über drei ebene Umlenkspiegel 23, 24, 25 in den Detektor 26. Die Umlenkspiegel 23, 24, 25 und der Detektor 26 erstrecken sich parallel zur Lichtquelle 19 und zu den fokussierenden Spiegeln 20, 21 über die ganze Länge des Streifens. Der Detektor 26 weist in seiner Längsausdehnung auf einer geraden Linie eine Vielzahl von Photodetektoren 27 zum Empfang des rückgestreuten Lichts 22 auf. Die Anzahl der Photodetektoren 27 pro Längeneinheit bestimmt das Auflösungsvermögen des Kopierers 16. Der Detektor 26 analysiert das rückgestreute Licht 22 und erzeugt ein elektrisches Abbild des auf dem Dokument 9 beleuchteten Streifens. Analoge Kopiermaschinen weisen eine vergleichbare Führung des zur Beleuchtung dienenden, ausgesandten Lichts und des rückgestreuten Lichts 22 auf.
  • Im Diagramm der Figur 3 ist die Antwortfunktion AF des Kopierers 16 (Fig. 2) in beliebigen Einheiten schematisch als Funktion eines Ausfallwinkels θ des rückgestreuten Lichts 22 (Fig. 2) und des gebeugten oder gestreuten Lichts relativ zur Richtung der reflektierten Lichtstrahlen 13 (Fig. 1) aufgetragen. Ein Bereich "A" in unmittelbarer Nachbarschaft zur Richtung des Spiegelreflexes, d.h. in Richtung der reflektierten Lichtstrahlen 13, erstreckt sich von θ = 0° bis θ = 15°. Dieser Winkelbereich ε ≈ 15° ist durch die Konstruktion des Kopierers 16 vorbestimmt. Im Bereich "A" ist der Kopierer 16 blind, um den Empfang von spiegelnden Reflexen von der Glasplatte 17 und dem Dokument 9 im Detektor 26 zu vermeiden. Ein Bereich "B" umfasst die Ausfallwinkel θ von 15° bis 75°. In diesem Bereich "B" arbeitet der Kopierer 16 und empfängt das rückgestreute Licht 22 im Detektor 26. Das rückgestreute Licht 22 aus einem dritten Bereich "C" mit den Ausfallwinkeln θ > 75° wird vom Kopierer 16 nicht mehr erfasst. Beispielsweise zentriert sich das rückgestreute Licht 22 von weissem Papier, einer stark streuenden Fläche, um den Ausfallwinkel von θ ≈ 45°. Jede ebene Spiegelfläche wird in der Kopie in schwarzer Farbe wiedergegeben.
  • Die Figur 4 zeigt das Sicherheitselement 2 angeordnet auf dem Dokument 9. Das Sicherheitselement 2 weist ein mosaikartiges Flächenmuster 28 aus Flächenelementen 29 mit mikroskopisch feinen Beugungsstrukturen, Spiegelflächen und Mattstrukturen auf. Bei einer Beleuchtung mit Tageslicht und beim Drehen oder Kippen des Sicherheitselements 2 blinken die Flächenelemente 29 auf, so dass sich der optische Eindruck des Flächenmusters 28 laufend verändert.
  • Zusammen mit dem oder anstelle des Flächenmusters 28 enthält das Sicherheitselement 2 ein Sicherheitsmerkmal 30. In einer nicht-beanspruchten Ausführung ist eine Fläche 31 des Sicherheitsmerkmals 30 wenigstens in je eine erste Teilfläche 32 und eine zweite Teilfläche 33 unterteilt. Die ersten Teilflächen 32 weisen eine der ersten Strukturen 5 (Fig. 1) auf, während die zweiten Teilflächen 33 mit einer der zweiten Strukturen 6 (Fig. 1) belegt sind.
  • Die zweite Struktur 6 ist eine achromatische Struktur aus der Gruppe der symmetrischen und der asymmetrischen, sägezahnförmigen Gitterstrukturen mit einer Raumfrequenz von höchstens 300 Linien/mm, der schwach streuenden Mattstrukturen und der Kinoformen.
  • Die erste Struktur 5 ist eine parallel zur Oberfläche des Schichtverbunds angeordnete Struktur aus der Gruppe der ebenen glatten Spiegelflächen und der Beugungsgitter mit einer Spatialfrequenz f größer als 2400 Linien/mm sowie der sägezahnförmigen achromatischen Gitterstrukturen und "anisotrope" Mattstrukturen, wenn sich deren ausgezeichnete Richtung 39 (Fig. 1) und die der zweiten Struktur 6 zugeordnete ausgezeichnete Richtung 39 wenigstens um den Azimutwinkel von 25° unterscheiden.
  • Mit Vorteil weisen die beiden Teilflächen 32, 33 eine gemeinsame Grenze auf, wobei die Teilflächen unmittelbar benachbart sind und/oder die eine Teilfläche 32 bzw. 33 innerhalb der andern Teilfläche 33 bzw. 32 angeordnet ist. In einer anderen Ausführung ist eine Vielzahl der einen Teilflächen 32 bzw. 33 auf der einen Hintergrund bildenden anderen Teilfläche 33 bzw. 32 so arrangiert, dass die Vielzahl der einen Teilflächen 32 bzw. 33 eine visuell gut sichtbare Information bildet, z.B. als Schrift und/oder Logo bzw. Bildinformation. Das Sicherheitsmerkmal 30 ist daher auch gross und weist wenigstens eine Fläche von 0.5 cm2, vorzugsweise mehr als 1 cm2 auf, wobei die kleinste Abmessung mindestens 0.5 mm beträgt.
  • Das Sicherheitselement 2 ist aus dem Schichtverbund 1 aus Kunststoff ausgeschnitten und auf das Dokument 9 aufgebracht. In die zwischen der Abformschicht 4 und der Schutzschicht 7 eingebettete Reflexionsschicht 10 (Fig. 1) sind die optisch wirksamen Strukturen 5, 6 des Sicherheitsmerkmals 30 und, sofern vorhanden, die Beugungsstrukturen, Spiegelflächen und Mattstrukturen der Flächenelemente 29 des Flächenmusters 28 abgeformt. Entsprechend der Ausführung des Sicherheitselements 2 weist die Reflexionsschicht 10 in der Fläche 31 des Sicherheitsmerkmals 30 die Makrostruktur auf und/oder ist die Reflexionsschicht 10 wenigstens in eine erste und eine zweite Teilfläche 32, 33 unterteilt. Die erste Teilfläche 32 ist mit einer der parallel zur Oberfläche des Schichtverbunds 1 angeordneten ersten Strukturen 5 belegt, die das einfallendes Licht 11 in der Richtung des Spiegelreflexes als gespiegeltes Licht 13 (Fig. 1) ablenkt. In die zweite Teilfläche 33 ist eine der zweiten Strukturen 6 abgeformt, die das einfallende Licht 11 innerhalb des durch den Streukegel mit dem Öffnungswinkel ε (Fig. 1) vorbestimmten Winkelbereichs um die Richtung der Spiegelreflexes ablenkt.
  • In der Figur 5 ist die erfinderische Ausführung des Sicherheitsmerkmals 30 mit einer der Makrostrukturen 35 gezeigt. Zusammen mit der diskreten Anordnung der ersten und zweiten Teilflächen 32 (Fig. 4), 33 (Fig. 4) ist im Sicherheitsmerkmal 30 auch eine einzelne in Flächenteilen gewölbte Fläche 31, die Makrostruktur 35, eingesetzt. Die zwischen der Abformschicht 4 und der Schutzschicht 7 eingebettete Reflexionsschicht 10 mit der Makrostruktur 35 weist in den vorbestimmten Flächenteilen Wölbungen 36 auf. Das Profil der Makrostruktur 35 ist in mikroskopischen Bereichen glatt oder das Profil ist mit einer der Mattstrukturen bzw. Kinoformen oder dem mikroskopisch feinen Beugungsgitter überlagert, wobei die Spatialfrequenz f des Beugungsgitters mehr als 2400 Linien/mm beträgt. Das Profil der Makrostruktur 35 ist eine Funktion M(x, y) der Koordinaten x, y, die die Fläche 31 des Sicherheits-merkmals 30 aufspannen, wobei wenigstens in Teilbereichen der Makrostruktur 35 ΔM(x, y) ≠ 0 ist. Die Wölbungen 36 folgen bekannten mathematischen, durch die Funktion M(x, y) bestimmten Funktionen und umranden oder bilden z.B. graphische Zeichen oder Buchstaben oder die Makrostruktur 35 ist ein Reliefbild, wie es von Münzen oder Gemmen bekannt ist. Die Tangentialfläche an die Makrostruktur 35 weist in keinem Punkt eine lokale Neigung γ von mehr als ±7° in Bezug auf die Oberfläche des Schichtverbunds 1 (Fig. 1) auf. In einer Ausführung weist die Makrostruktur 35 die als Interferenzschicht ausgebildete Reflexionsschicht 10 auf.
  • Damit die Makrostruktur 35 von blossem Auge sichtbare optische Wirkungen erzielt, weisen benachbarte Punkte mit Extremwerten der Profilhöhe der Makrostruktur einen Abstand von wenigstens 0.3 mm auf. Da im Schichtverbund 1 der Hub H der abzuformenden optisch wirksamen Strukturen 5 (Fig. 1), 6 (Fig. 1), 35 aus technischen Gründen auf etwa 10 µm begrenzt ist, ist die Makrostruktur 35 mit einer Profilhöhe modulo Hub H in die Abformschicht 4 abgeformt. Die dadurch entstehenden Unstetigkeitsstellen 37 sind nicht als Extremwerte der Profilhöhen der Makrostruktur zu betrachten.
  • Die Figur 6 zeigt die Draufsicht auf das Original des Dokuments 9. In dieser Ausführung hat das Sicherheitsmerkmal 30 als Information die Buchstaben "OK", die sich aus den zweiten Teilflächen 33 mit den achromatischen zweiten Strukturen 6 (Fig. 1) zusammensetzen und als Hintergrund die erste Teilfläche 32 mit der spiegelnden ersten Struktur 5 (Fig. 1). Die Information bzw. die zweiten Teilflächen 33 des weiss beleuchteten Sicherheitsmerkmals 30 erscheinen dem Beobachter im Spiegelreflex in einer grauen Farbe vor dem hellen, glänzenden Hintergrund der ersten Teilfläche 32 mit der spiegelnden ersten Struktur 5, da die achromatischen Strukturen 6 der zweiten Teilfläche 33 das einfallende Licht 11 (Fig. 1) am Auge des Beobachters vorbeilenken.
  • Dies sei anhand der Figur 1 erklärt. Der Einfachheit halber ist die Wirkung der Refraktion auf die Lichtstrahlen beim Übergang Luft-Schichtverbund 1 nicht berücksichtigt. Das unter dem Einfallswinkel α einfallende Licht 11 wird von der spiegelnden Struktur 5 in der ersten Teilfläche 32 in der Richtung des reflektierten Lichts 13 abgelenkt. Dabei ist der Azimut der genannten spiegelnden Strukturen 5 unerheblich. Fällt das Licht 11 auf die Gitterstruktur der achromatischen Struktur 6 mit der lokalen Neigung γ, ist der Einfallswinkel α um die lokale Neigung γ kleiner, da die Normale 12 und die Flächennormale auf die geneigte Fläche der Gitterstruktur die lokale Neigung γ einschliessen. Die lokale Neigung entspricht bei der asymmetrischen Gitterstruktur dem Blazewinkel. Die Gitterstruktur lenkt das einfallende Licht 11 in die Richtung des reflektierten Lichts ab, wobei auch der Reflexionswinkel, bezogen auf die Flächennormale, um die lokale Neigung und, bezogen auf die Normale 12, um den doppelten Betrag des Winkels γ kleiner ist. Da die Neigung γ höchstens ±7° beträgt, weicht das von der Gitterstruktur abgelenkte Licht höchstens um ±14° von der Richtung des reflektierten Lichts 13 ab. Dreht und kippt der Beobachter das Dokument 9 mit dem Sicherheitselement 30 (Fig. 6) zufällig so, dass seine Beobachtungsrichtung in der gleichen Ebene wie der Gittervektor der Gitterstruktur der achromatischen zweiten Struktur 6 liegt, sind die zweiten Teilflächen 33 plötzlich heller als der Hintergrund der ersten Teilfläche 32, da die Richtung des reflektierten Lichts 13 am Auge des Beobachters vorbeiweist. Ist die oben beschriebene "isotrope" Mattstruktur als achromatische zweite Struktur 6 in der zweiten Teilfläche 33 eingesetzt, verteilt sich das gestreute Licht innerhalb des von den Mantellinien 14, 15 begrenzten Streukegels unabhängig vom Azimut. In der Richtung des reflektierten Lichts 13 ist das gestreute Licht von der zweiten Teilfläche 33 weniger intensiv als das gespiegelte Licht 13 der ersten Teilfläche 32. Innerhalb des Streukegels ist in einer Zone die Intensität des gestreuten Lichts stärker als das der Spiegelfläche, d.h. die zweite Teilfläche 33 ist heller als die erste Teilfläche 32. Die Intensität des gestreuten Lichts nimmt gegen den Mantel des Streukegels zu rasch ab, so dass ausserhalb des Streukegels die zweite Teilfläche 33 wieder dunkler als die erste Teilfläche 32 ist. Der Intensitätswechsel zwischen den Teilflächen 32, 33 des Sicherheitsmerkmals 30 ist das Echtheitsmerkmal.
  • In einer anderen Ausführung des Sicherheitsmerkmals 30 ist in der ersten Teilfläche 32 die erste Struktur 5 die achromatische sägezahnförmige Gitterstruktur oder eine "anisotrope" Mattstruktur mit einer ersten ausgezeichneten Richtung 39 angeordnet und in die zweiten Teilfläche 33 ist als zweite Struktur 6 die achromatische sägezahnförmige Gitterstruktur oder eine "anisotrope" Mattstruktur abgeformt, wobei sich deren ausgezeichnete Richtung 39 von der ersten ausgezeichneten Richtung 39 wenigstens im Azimut unterscheidet. In einem Beispiel ist die achromatische sägezahnförmige Gitterstruktur der ersten Struktur 5 das Spiegelbild der zweiten Struktur 6.
  • Damit ein Maximum der Flächenhelligkeit der Teilflächen 32, 33 mit den achromatischen Gitterstrukturen nicht nur in einem engen Winkelbereich des Azimuts auftritt, sind die achromatischen Gitterstrukturen in Pixelelementen angeordnet. Die achromatischen Gitterstrukturen weisen in jedem Pixelelement polygonale oder kreisförmige Furchen mit einer konstanten Spatialfrequenz f auf. Die Gittervektoren dieser Gitterstrukturen zeigen radial vom Zentrum des Pixelelements nach aussen. Die mit den Teilflächen 32 bzw. 33 dargestellte Information ist z.B. aus quadratischen Pixelelementen von wenigstens 0,5 mm Seitenlänge aufgebaut, wobei die entsprechenden Gittervektoren jedes Pixelelements parallel oder nach einem vorbestimmten Muster ausgerichtet sind. Das vorbestimmte Muster bewirkt ein Wandern der maximalen Flächenhelligkeit über die Teilflächen 32 bzw. 33 beim Drehen des Sicherheitselements 2.
  • Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft des Sicherheitsmerkmals 30 wird durch die Verwendung von verschiedenen achromatischen Gitterstrukturen in der Vielzahl der einen Teilflächen 32 bzw. 33, die auf dem Hintergrund der anderen Teilfläche 33 bzw. 32 angeordnet sind, erreicht. In einer Ausführung sind in den drei Teilflächen 32 bzw. 33 die Gittervektoren parallel zur ausgezeichneten Richtung 39 ausgerichtet. Beim Kippen des Sicherheitselements 2 um eine Achse parallel zur ausgezeichneten Richtung 39, erreichen die Teilflächen 32 bzw. 33 nacheinander die maximale Flächenhelligkeit. Beispielsweise weisen die drei Teilflächen 32 bzw. 33 achromatischen Gitterstrukturen mit der Spatialfrequenz f von 160 Linien/mm auf. Die drei Gitterstrukturen unterscheiden sich im Blazewinkel bzw. Hub mit den Werten 150 nm, 250 nm und 400 nm. Weisen hingegen die achromatischen Gitterstrukturen dasselbe Profil und unterschiedliche ausgezeichnete Richtungen 39 auf, so erreichen die Teilflächen 32 bzw. 33 nacheinander ihre maximale Flächenhelligkeit beim Drehen des Sicherheitselements 2 um die Normale 12. In einer andern Ausführung ändern sich sowohl der Blazewinkel als auch die ausgezeichnete Richtung 39 von einer Teilfläche 32 bzw. 33 zur nächsten.
  • Eine Kopie des in der Figur 6 gezeigten Originals ist in der Figur 7 dargestellt. Da der Kopierer 16 (Fig. 2) im Bereich "A" (Fig. 3) und "C" (Fig. 3) blind ist, werden nur diejenigen Flächenelemente 29 des Flächenmusters 28 (Fig. 4) vom Kopierer 16 abgebildet, die Licht in den Bereich "B" (Fig. 3) streuen bzw. beugen. Beispielsweise weist das in der Darstellung der Figur 6 rechteckförmige Flächenelement 29' ein Beugungsgitter auf, das an sich Licht in den Bereich "B" beugen könnte, dessen Beugungsgittervektor jedoch in der Ebene der Glasplatte 17 (Fig. 2) nicht senkrecht zum beleuchtenden Streifen des Kopierers 16 ausgerichtet ist. Somit erfüllt das Flächenelement 29' die Kopierbedingung nicht. Der Kopierer 16 kann aber das rechteckförmige Flächenelement 29' in einer blassen Mischfarbe bzw. einem Grauton wiedergeben, wenn die Intensität des rückgestreuten Lichts 22 (Fig. 2) aus dem rechteckförmige Flächenelement 29' nicht genügend klein ist. Durch Drehen des Sicherheitselements 2 in seiner Ebene werden die Flächenelemente 29 anders auf der Glasplatte 17 (Fig. 2) ausgerichtet. Das rechteckförmige Flächenelement 29', dessen Beugungsgittervektor nun praktisch senkrecht auf den beleuchtenden Streifen ausgerichtet ist, kann nun das einfallende Licht 11 (Fig. 1) voll in die Richtung des rückgestreuten Lichts 22 beugen; dafür sind die Intensitäten der anderen Flächenelemente 29 niedriger oder praktisch null, so dass die Kopie des Flächenmusters 28 (Fig. 4) von der Ausrichtung auf der Glasplatte 17 (Fig. 2) des Kopierers 16 abhängig ist.
  • Im Gegensatz dazu verhält sich das Sicherheitsmerkmal 30 verschieden, da die optisch wirksamen Strukturen 5 (Fig. 1), 6 (Fig. 1) der Teilflächen 32 (Fig. 6), 33 (Fig. 6) in jeder azimutalen Ausrichtung das einfallende Licht 11 in die Bereiche "A" und "C" ablenken. Die Fläche 31 des Sicherheitsmerkmals 30 wird daher in der Kopie unabhängig von der azimutalen Ausrichtung des Dokuments 9 auf der Glasplatte 17 des Kopierers 16 einfarbig in Schwarz wiedergeben. Das Sicherheitsmerkmal 30 enthält daher eine visuell sichtbare, aber nicht photokopierbare Information. Der Vorteil dieses Sicherheitsmerkmals 30 ist die Unabhängigkeit von seiner azimutalen Ausrichtung zum Kopierer 16.
  • In einer anderen Ausführung des Sicherheitselements 2 erstrecken sich Flächenelemente 29 über das Sicherheitsmerkmal 30, z.B. als schmale, linienförmige Bänder 38. Wenigstens ein Flächenelement 29 weist eine der mäanderförmigen, Guillochen ähnlichen, netzartigen Formen auf und teilt die Fläche 31 in kleinere Teilflächen 32, 33 auf. Da bei einer vorbestimmten Orientierung des Sicherheitselements 2 das Band 38 dem Beobachter des Originals als sehr brillante Linie erscheint, genügt bereits eine Linienbreite des Bandes 38 von wenigstens 0.05 mm; vorzugsweise liegt die Linienbreite zwischen 0.1 mm bis 0.3 mm. Das Sicherheitsmerkmal 30 ist mittels des Bands 38 gegen eine einfache Nachahmung mittels Haushaltfolie aus Aluminium geschützt.

Claims (9)

  1. Sicherheitselement (2) aus einem Schichtverbund (1) zum Aufkleben auf ein Substrat (9) mit einer Abformschicht (4) und einer Schutzschicht (7) aus Kunststoff und mit einer zwischen der Abformschicht (4) und der Schutzschicht (7) des Schichtverbunds (1) eingebetteten Reflexionsschicht (10), wobei in die Reflexionsschicht (10) optisch wirksame Strukturen (5; 6, 35) eines Sicherheitsmerkmals (30) mit einer visuell sichtbaren optischen Information abgeformt sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Sicherheitsmerkmal (30) wenigstens eine Fläche (31) mit einer in Teilbereichen gewölbten spiegelnden Makrostruktur (35) als optisch wirksame Struktur (5; 6, 35) enthält_und die Reflexionsschicht (10) Wölbungen (36) aufweist, dass benachbarte Punkte mit Extremwerten der Profilhöhe der Makrostruktur (35) einen Abstand von wenigstens 0.3 mm aufweisen und dass in keinem Punkt der Makrostruktur (35) eine Tangentialfläche eine lokale Neigung γ von mehr als 7° in Bezug auf die Oberfläche des Schichtverbunds (1) aufweist, dass die optisch wirksamen Strukturen (5; 6; 35) des Sicherheitsmerkmals (30) zum Ablenken von parallel einfallendem Licht (11) innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs (ε) von 14° um die Richtung des Spiegelreflexes eingerichtet sind, so dass das Sicherheitsmerkmal (30) eine visuell sichtbare, aber nicht photokopierbare Information enthält.
  2. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Makrostruktur (35) ein Reliefbild ist.
  3. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wölbungen (36) der Makrostruktur (35) graphische Zeichen oder Buchstaben bilden.
  4. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Profil der Makrostruktur (35) mit einer Struktur aus der Gruppe Mattstrukturen, Kinoformen und mikroskopisch feine Beugungsgitter mit Spatialfrequenzen (f) grösser als 2400 Linien/mm überlagert ist.
  5. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Reflexionsschicht (10) eine mehrschichtige Interferenzschicht aus dielektrischen und metallischen Schichten ist, wobei die für das Licht (11) transparente Schicht der Abformschicht (4) und die opake Metallschicht der Schutzschicht (7) zugewandt ist.
  6. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die mehrschichtige Interferenzschicht eine Dreifachschicht ist, mit einer transparenten dielektrischen Schicht, die aus TiO2 besteht und 100 nm bis 150 nm dick ist, und die zwischen einer transparenten metallischen Schicht und einer reflektierenden Metallschicht eingeschlossen ist.
  7. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Reflexionsschicht (10) eine Schicht aus einem Metall der Gruppe Aluminium, Gold, Chrom und Tellur ist.
  8. Sicherheitselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Sicherheitsmerkmal (30) von einer mosaikartigen Anordnung von Flächenelementen (29) mit anderen beugungsoptisch wirksamen Strukturen umgeben ist und dass die mosaikartige Anordnung ein optisch variables Flächenmuster (28) bildet.
  9. Sicherheitselement (2) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich wenigstens ein linienförmiges Flächenelement (29) des Flächenmusters (28) als Band (38) über das Sicherheitsmerkmal (30) erstreckt.
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PCT/EP2003/003481 WO2003084765A2 (de) 2002-04-05 2003-04-03 Sicherheitselement als photokopierschutz

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