EP2941355A1 - Verfahren zum herstellen eines sicherheitselements mit einer lasersensitiven aufzeichnungsschicht - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines sicherheitselements mit einer lasersensitiven aufzeichnungsschicht

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EP2941355A1
EP2941355A1 EP13792594.7A EP13792594A EP2941355A1 EP 2941355 A1 EP2941355 A1 EP 2941355A1 EP 13792594 A EP13792594 A EP 13792594A EP 2941355 A1 EP2941355 A1 EP 2941355A1
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EP
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laser
recording layer
sensitive recording
appearance
substrate
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EP13792594.7A
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Harald Reiner
Daniela Otto
Georg Depta
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Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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Giesecke and Devrient GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a security element for security papers, value documents and other data carriers.
  • the invention also relates to a security element, which is produced by such a method, a data carrier, in particular a security paper or valuable article, with such a security element and a device for carrying out said method.
  • Identity cards such as credit cards or identity cards
  • have long been personalized by laser engraving for example, provided with a passport photo or other personal information.
  • To personalize a badge by laser engraving usually the optical properties of the substrate material of the card are irreversibly changed by suitable guidance of a laser beam in the form of a desired marking, in particular blackened. Based on this, the present invention seeks to provide an advantageous method for producing a security element of the type mentioned.
  • a substrate is at least partially provided with a laser-sensitive recording layer which has a visual output appearance, and which consists of a color mixture having at least one laser-absorbing mixture component, the laser-sensitive recording layer is acted upon in a first portion with a first laser radiation with first laser parameters,
  • the laser-sensitive recording layer is applied in a second portion with a second laser radiation with second, different laser parameters, there compared to the initial appearance changed and from the first target Appearance image to produce distinctive second target appearance, wherein the first and second laser radiation are generated with only one laser source and only one imaging optics, and the first and second Partbere I thereby be generated in Passer to each other.
  • the different laser parameters of the first and second laser radiation may in particular consist of a variation of the intensity, the energy and / or the pulse peak power of the laser radiation.
  • the intensity of the laser radiation can be set above all by focusing the laser beam, the energy of the laser radiation primarily by the marking speed and the diode current of a diode pump laser and the pulse peak power first by selecting pulse mode or continuous wave mode and pulse mode by the pulse length.
  • the laser source is preferably ten designs for generating the first target appearance in pulse mode and for generating the second target appearance in continuous wave mode operated.
  • first and second are not intended to indicate an order or a ranking, but are intended to refer to only two distinct portions, laser parameters and appearances.
  • the laser source is advantageously provided in the context of the invention with a Q-switch, which allows in a conventional manner the generation of pulses with high peak power.
  • the opening time of the Q-switch determines the pulse character of the laser radiation.
  • a continuously open Q-switch a continuous wave laser beam is emitted, and periodic opening and closing of the Q-switch produces pulsed laser radiation.
  • a short opening time of the Q-switch results in short laser pulses with pulse durations of preferably 20 ns or less, from 10 ns to 20 ns, or even 10 ns or less.
  • Such short pulses have a very high power. With their short exposure time, they are particularly suitable for ablation of the absorbent mixture component from the applied recording layer.
  • An average opening time of the Q-switch leads to longer pulses with pulse durations from a few hundred nanoseconds to a few microseconds and correspondingly lower power. With these pulses, thermal effects increasingly come to the fore with increasing pulse duration. Finally, with continuous wave operation of the laser source, the Q-switch is always open. The power of the laser beam is the lowest and due to the long exposure time the thermal effects dominate. As a result of the generation according to the invention of the partial regions, the first and second partial regions are in register with one another, so that two different but mutually aligned modification regions can be produced in the recording layer.
  • a partial area may form a frame for the second partial area, or the partial areas may be supplemented to form an overall motif.
  • register fluctuations of the two subregions which are often unavoidable in the production in separate steps, are particularly noticeable.
  • the procedure according to the invention makes it possible to avoid such register fluctuations since the different appearances with the same laser source are produced in only one operation only by the use of different operating modes of the same laser source.
  • Another important aspect of the invention is that the different appearances are produced in the same recording layer and not caused by the different responses of different recording layers to the laser application.
  • the portions created by the laser application together form a visually recognizable mark in the recording layer and the security element.
  • the marking may, for example, consist in the numbering while replacing or supplementing letterpress numbering, for example on banknotes. It may also consist of numbers and / or letters, which may be derived in particular from the cited number. For example, the numbers or letters may be obtained from a digit by cryptographic methods, or they may consist of only one repetition of a portion of the number.
  • the marker may also be a value number, such as a banknote, a logo, such as a publisher logo of a central bank, a date or time or an indication derived therefrom, or even a graphical element or a code such as bar code, matrix code or multi-color code.
  • the security element in particular carrier materials made of cotton fibers, polymers or a substrate with a hybrid structure in question.
  • the security element can be part of a data carrier that provides the substrate, or can be applied with its substrate to a data carrier.
  • the laser-sensitive recording layer can be applied over the entire area, but at present it is preferred that the laser-sensitive recording layer is applied in the form of a grid, in particular in the form of a line, dot or cross grid.
  • the dimensions of the raster forming raster elements and the distances of the raster elements are advantageously below the resolution limit of the naked eye, in particular below 200 ⁇ , so that the recording layer appears completely flat when viewed without tools.
  • the laser-sensitive recording layer is formed by a printing layer, preferably a monochrome printing layer.
  • all printing processes in particular screen printing, intaglio printing, background printing, offset printing, gravure printing or letterpress printing, come into consideration.
  • the initial appearance of the laser-sensitive recording layer in a homogeneous color impression, for example in the monochrome impression of a closely screened printing layer.
  • the recording layer may contain only a single laser-sensitive mixture component derived from the first and second Laser radiation is influenced due to the different laser parameters in different ways or even in different strength and thereby generates the different target appearances.
  • first laser parameter by pulsed laser application with short laser pulses of about 10 ns (first laser parameter), only the absorbing mixture component can be removed from the recording layer, while the entire recording layer is removed by laser application in continuous wave mode (second laser parameter).
  • second laser parameter laser parameter
  • the color mixture of the recording layer can also contain a plurality of laser-sensitive mixture components, wherein, for example, a first component is influenced essentially only by the first laser radiation, and a second component is influenced essentially only by the second laser radiation, so that different target appearances result.
  • the recording layer may be broadband absorptive, but currently recording layers having IR absorbing components are preferred.
  • the color mixture of the laser-sensitive recording layer contains optically variable color pigments, non-absorbing mixture components being in particular optically variable liquid crystal pigments or a transparent intaglio and for the laser-absorbing mixture components, for example optically variable interference layer pigments.
  • Other irreversible color components which are irreversible in their optical properties, such as an intaglio printing ink, a metallic effect ink or metallic pigments, a luminescent color or luminescent pigments, luster pigments or a thermochromic color, are also suitable for the laser-absorbing mixture components.
  • the color mixture of the laser-sensitive on drawing layer as a laser-absorbing mixture component contains carbon black.
  • weight fraction of carbon black of 10% to 30%, preferably of 15% to 30%, has proven to be particularly advantageous.
  • the carbon black content is advantageously above 3%, in particular above 6%.
  • the laser-sensitive recording layer is completely removed by the first or second laser radiation, and the first target appearance or the second target appearance consists in the appearance of the substrate.
  • the substrate is an uncoated paper substrate, for example, the first or second target appearance is the paper white of the paper substrate, but the use of other substrates or coated substrates may also result in a different first or second target appearance.
  • At least one laser-absorbing mixture component is at least partially removed from the laser-sensitive recording layer by the first or second laser radiation, and the first target appearance or second target appearance consists in particular in a lightening of the homogeneous color impression of the laser-sensitive recording layer.
  • different proportions of the laser-absorbing mixture components can be removed and thus different effects, in particular different degrees of brightening, can be produced. Different strong effects or brightening can be combined in a single drawing layer.
  • the laser radiation in a further sub-range only to the smallest amounts of the absorbent mixture component remove so that the visual color impression is substantially retained there.
  • a laser-absorbent blend component may be bleached, vaporized, altered in reflectivity, or converted to a material having other optical properties. All these modifications are summarized in this description under the term "removal of the laser-absorbing mixture component" since the laser-absorbing mixture component is no longer in its original form as a laser-absorbing component after its modification , the generation of a color change, the lightening of a color, the change of the tipping color of an effect color mixture or the local change of the polarization properties or the luminescence properties of the drawing layer in question.
  • laser exposure in pulsed mode with short laser pulses of about 10 ns to 20 ns removes at least one absorbing mixture component at least partially from the color mixture of the recording layer and becomes the continuous laser mode by second laser exposure entire recording layer removed.
  • first laser parameter removes at least one absorbing mixture component at least partially from the color mixture of the recording layer and becomes the continuous laser mode by second laser exposure entire recording layer removed.
  • the surface properties of the color mixture can also be changed.
  • the two variants of complete removal of the laser-sensitive recording layer and the removal of the absorbent mixture components from the same recording layer enable the generation of visually attractive, perfectly matched modification regions in the recording layer using only one laser source.
  • the design variety can be further increased and even extended by tactile elements.
  • the substrate when a raster-shaped recording layer is used, provision may be made for the substrate to be blackened and / or foamed by the first or second laser radiation in intermediate spaces between the raster elements of the laser-sensitive recording layer.
  • the substrate can be provided only in regions with the laser-sensitive on drawing layer.
  • the substrate in an outer region of the recording layer can then also be exposed to the first or second laser radiation, and the substrate can be blackened and / or foamed in the exposed outer region by the action of the laser radiation. Since the recording layer and the exterior are subjected to the same laser source, the blackening or foaming of the substrate can be performed in register with the above-described modification regions of the recording layer. For example, a partial area may form a motif in the recording layer, which continues without register fluctuations in the adjacent outer area of the substrate.
  • the laser-sensitive recording layer is exposed to laser radiation with different laser parameters even in three or more subregions in order to produce different target appearances which are different from the original appearance, the laser radiation for applying the three or more subregions with only one Laser source and only one imaging optics is generated.
  • the transitions between the first and second and possibly further subregions can be erratic or fluid.
  • the laser parameters can be varied along ramps along with the duration of the marking.
  • the change can not only be linear, but also formed with other, even unsteady, functions to produce nonlinear changes and jumps in the laser parameters.
  • the opening time of the Q-switch during the generation of a line-shaped mark can be extended continuously until finally continuous wave operation is achieved.
  • a distinctly colored line in which initially only soot particles are removed from the color mixture, slowly become brighter, until finally only the substrate color is visible. It is understood that multiple ramps for different laser parameters can run simultaneously.
  • the applied subregions can also overlap.
  • the order of exposure to different laser parameters can decide the appearance ultimately produced since absorbing mixture components are no longer available after their removal for subsequent laser modification.
  • a visually appealing appearance of the security element is associated with high security against counterfeiting, for which purpose the first and / or second partial area is first subjected to pulsed laser radiation.
  • marking spots are generated in the laser-sensitive recording layer at least in one of the exposures to laser radiation in the pulse mode by the individual laser pulses, which can be visually separated from each other.
  • spatially inhomogeneous marking spots having a substantially circular and / or annular appearance are produced at least in one of the exposures to laser radiation in pulsed operation, the edges of the marking spots in particular appearing clearly.
  • the marking spots are advantageously produced overlappingly, at least in partial areas, so that the overlapping direction of the marking spots indicates the order and direction of the application of the laser pulses.
  • the sizes of the marker patches are between 10 ⁇ and 1 mm, preferably between 50 ⁇ and 500 ⁇ .
  • the laser application is advantageously carried out with an infrared laser in the wavelength range from 0.8 ⁇ to 3 ⁇ , in particular a Nd: Y AG laser or a Nd: YV0 4 laser.
  • the pulse duration is preferably shorter than usual with marking lasers and is advantageously between 5 ns and 25 ns, in particular between 5 ns and 15 ns.
  • the invention also includes a security element for securing security papers, documents of value and other data carriers, which is produced by the method described above.
  • the security element contains a substrate which is provided, at least in regions, with a laser-sensitive recording layer which has a visual output appearance and which consists of a color mixture comprising at least one laser-absorbing mixture component, in a first subregion of the laser-sensitive recording layer by the action of a first laser radiation
  • a first target appearance modified compared to the initial appearance is generated, in a second subarea of the laser-sensitive recording layer by the action of a second laser radiation with second, different laser parameters a change from the initial appearance and from the first target appearance distinctive, second target appearance is generated, and the first and second sub-area are in the register to each other.
  • the substrate is provided only in regions with the laser-sensitive recording layer, and the substrate is blackened and / or foamed in an outer region of the recording layer by the action of laser radiation in the register with the first and / or second portion.
  • the laser-sensitive recording layer can be applied over the entire area, or is preferably grid-shaped, in particular in the form of a line, dot or cross grid.
  • the laser-sensitive recording layer is advantageously formed by a printing layer, preferably a monochrome printing layer.
  • the laser-sensitive recording layer in the first and / or second partial area has a multiplicity of marking spots generated by individual laser pulses, which can be visually separated from one another.
  • the marking patches are preferably formed inhomogeneously inhomogeneous with a substantially circular and / or annular appearance, wherein in particular the edges of the marking patches clearly appear.
  • the marker patches may overlap at least in subregions, the overlap direction of the marker patches indicating the order and direction of exposure to the laser pulses.
  • a polymer substrate or a composite substrate is particularly suitable, the latter preferably having a layer sequence foil / paper / foil or paper / foil / paper.
  • Such composite substrates are also often referred to as hybrid substrates.
  • the laser-sensitive recording layer is advantageously formed by an offset printing layer.
  • the invention further comprises a data carrier with aitessele- ment of the type described.
  • the security element may be part of the data carrier by this provides the substrate of the security element, or the security element may be applied with its substrate on a separate disk.
  • the data carrier may in particular be a banknote, in particular a paper banknote, preferably a cotton paper banknote, a polymer banknote or a foil-paper composite banknote. The latter preferably has a layer sequence foil / paper / foil or paper / foil / paper.
  • the data carrier can also be an identification card, in particular a credit card, a Bank card, cash card, authorization card, identity card, passport or passport personalization page.
  • the invention also includes an apparatus for carrying out the described method, with
  • Means for applying a laser-sensitive recording layer to a substrate a laser source which can be operated with different laser parameters, in particular both in continuous wave mode and in pulse mode, scanning optics for applying laser radiation of the laser source to the laser-sensitive recording layer, and a control device for Driving the laser source and the scanning optics to apply the laser-sensitive recording layer with laser radiation of the laser source with different laser parameters, in particular both with laser radiation of the laser source in continuous wave mode and with laser radiation of the laser source in the pulse mode.
  • the laser source is preferably an infrared laser in the wavelength range from 0.8 ⁇ to 3 ⁇ , in particular a Nd: Y AG laser or Nd: YV0 4 - laser.
  • the laser source is advantageously provided with a Q-switch, which enables the generation of laser pulses with high peak power. Further exemplary embodiments and advantages of the invention are explained below with reference to the figures, in the representation of which a representation in terms of scale and proportions has been dispensed with in order to increase the clarity.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a banknote with a security element according to the invention
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the security element of FIG. 1, a schematic representation of a laser inscription to explain its operating principle when carrying out a method according to the invention
  • FIGS. 4 and 5 show two ways of modifying the laser-sensitive recording layer by laser application, wherein (a) shows in each case a plan view of a security element with a substrate and a laser-sensitive printing layer in the form of a line grid with parallel printing lines, and (b) respectively a cross section of FIG FIGS.
  • 6 and 7 show two further possibilities for modifying the laser-sensitive recording layer and the substrate by laser application, in which (a) in each case a plan view of a security element with a substrate and a laser-sensitive printing layer in the form of a line grid with parallel printing lines (b) shows in each case a cross section of the security element along the line BB, that is, along one of the printing lines of (a), and (c) shows a cross section along the line CC of (a), which is shown in FIG - gap between two lines of pressure, and
  • FIG. 8 shows in (a) a plan view of a composite substrate with a laser-sensitive offset ink layer, which is provided by pulsed laser radiation with a multiplicity of overlapping marking spots, and in (b) a security element with a more complex motif (digit "7"). ), with a plurality of marking spots arranged along the outline of the motif, and a completely removed inner area.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a banknote 10, which is provided with a security element 12 according to the invention.
  • a motif is generated with a plurality of mutually standing in the register subregions, each with a different visual appearance.
  • the security element 12 shows a motif with a dark blue background 14, with a paper-white appearing letter sequence 16, which is shown in the figure only by the letter "A” and with a light blue appearing ornamental line pattern 18, which stands in the perfect register for the letter sequence 16 ,
  • Fig. 2 shows the security element 12 of Fig. 1 schematically in cross section.
  • a laser-sensitive on drawing layer is applied, which consists in the embodiment of a monochrome, dark blue print layer 22 of a laser-sensitive ink.
  • the print layer 22 consists of a color mixture which has at least one mixture component 23 which absorbs the radiation of the laser source used for marking, and which further comprises non-absorbing color components 25.
  • the printing layer 22 is applied in the form of a line grid with parallel printing lines 24 having a width of about 100 ⁇ m and a center-to-center distance of about 150 ⁇ m, so that the visual impression of a homogeneous dark blue surface arises when viewed without auxiliary means.
  • the cross-section of FIG. 2 runs along one of the printing lines 24 of the line screen, so that the locking of the printing layer in the illustration of FIG. 2 is not visible.
  • the printing ink used can be broadband absorbent, preferably a printing ink with IR-absorbing components is used.
  • the print layer 22 was then subjected to a first laser radiation in the continuous wave mode in such a selected laser parameters in a first portion 26, which forms with its shape the letter sequence 16 shown in Fig. 1, that the print layer 22 was completely removed in the portion 26, without while changing the substrate 20 itself.
  • a first target appearance which is modified compared to the dark blue initial appearance, is visible, which is formed by the paper-white appearance of the banknote paper 20.
  • the print layer 22 has a second Laser radiation in pulsed operation at such selected laser parameters acted upon that only the laser-absorbing mixture component 23 was removed from the print layer 22, the non-absorbing ink constituents 25, however, remain in the print layer 22.
  • the laser-absorbing mixture component 23 can be bleached, vaporized, changed in its reflection properties, or converted into a material having different optical properties.
  • the substrate 20 is not changed even by the laser application.
  • the laser-absorbing mixture component 23 is completely removed in the second partial region 28 for the sake of clarity. In practice, however, the laser-absorbing mixture component 23 is usually only partially, for example 5% to 95% removed.
  • the printing layer 22 is not completely removed in the partial region 26, but only partially, eg to 40% to 99%.
  • the security element 12 thus contains a motif with a dark blue background 14 (initial appearance) and a a paper-white appearing letter sequence 16 (first target appearance), which is passer exactly surrounded by a light blue line ornament 18 (second target appearance).
  • a particular advantage of the method according to the invention is that different and perfectly matched visual appearances can be produced by the combination of different laser marking parameters, in particular continuous and pulsed laser radiation of a single laser source, even in a monochromatic recording layer.
  • the manufacturing method will now be explained in more detail with reference to FIG. 3, which schematically shows a laser marker 30 according to the invention.
  • the laser marker 30 contains a laser source 32, for example a Nd: YV0 laser with a wavelength of 1064 nm, which can be operated with the aid of a Q-switch both in continuous wave mode (cw) and in pulse mode.
  • a Q-switch both in continuous wave mode (cw) and in pulse mode.
  • the opening time of the Q-switch within the period can be set freely.
  • a control unit 34 is provided for controlling the laser source 32, including the choice of operating mode (continuous wave / pulsed) and the other desired laser parameters.
  • the laser beam 36 emitted by the laser source 32 is deflected by two movable mirrors 38, one of the mirrors producing the deflection in the x direction, the other mirror producing the deflection in the y direction.
  • a plan field lens 40 focuses the laser beam 36 at the desired portion of the security element 12 of a banknote benefit where it modifies the initial appearance of the print layer 22 or an adjacent substrate area as described.
  • the energy or power input into the Printing layer 22 or the substrate 20 can be influenced not only by the operating mode of the laser and by the energy or power of the laser radiation, but also by the scanning speed of the laser beam 36, which can also be selected with the aid of the control device 34.
  • the surface intensity of the radiation can be adjusted by an optical system, for example a focus shifter 42, which determines the beam diameter of the laser radiation impinging on the security element 12, and which can likewise be controlled by the control unit 34. In this way, different line widths and different laser beam intensities can be realized.
  • an optical system for example a focus shifter 42, which determines the beam diameter of the laser radiation impinging on the security element 12, and which can likewise be controlled by the control unit 34.
  • the first subarea 26 for example, with a continuous wave laser radiation of an Nd: YV0 4 laser at a power between 75 W and 105 W and a scan speed between 2 m / see s and 7 m / s are worked.
  • the second subregion 28 it is possible to operate with 10 ns to 20 ns pulses at a pulse frequency of 30 kHz with a charging time of 5 ⁇ / ⁇ and a scanning speed of approximately 4 m / s in pulse mode.
  • Fig. 3 illustratively shows a security element of only one banknote benefit
  • a banknote sheet is typically processed with a plurality of banknote benefits, with multiple laser sources capable of processing one benefit in parallel, and with each laser source sequentially utilizing multiple uses of the signature in accordance with the described method processed.
  • Each benefit is processed but only by a laser source and acted upon by this with laser radiation with different laser parameters, in particular with both continuous and pulsed laser radiation.
  • there are also other possibilities including the substrate of the security element which are now related to the possibilities already described to be explained on the figures 4 to 7.
  • FIG. 4 (a) shows a plan view of a security element 50 having a substrate 52 and a monochrome laser-sensitive print layer 22 formed in the form of a line grid with parallel print lines 24 and spaces 24 '.
  • the print layer 22 consists of a color mixture with laser-absorbing mixture components 23 and with non-absorbing color components 25.
  • FIG. 4 (b) shows a cross-section of the security element 50 along the line BB, ie along one of the print lines 24 of FIG. 4 (a).
  • the printing lines 24 are not drawn to scale in the figure and typically have a width of about 100 ⁇ and a center-to-center distance of about 150 ⁇ in order to produce a print layer, which gives a homogeneous color impression when viewed without aids.
  • the printing layer 22 with the printing lines 24 was applied in a partial region 54, in the embodiment in the form of the letter "A", with laser radiation of the laser source 32 in continuous wave mode and with laser parameters selected in such a way that the printed layer 22 in the partial region 54 was completely removed, without
  • the security element 50 exhibits in the partial area 54 a changed appearance compared to the homogeneous color impression of the print layer 22, which is given by the appearance of the substrate 52. If the substrate 52 is an uncoated paper substrate, as in the exemplary embodiment of FIG 2, the partial area 54 appears paper-white; using other or coated substrates may also result in a different visual impression.
  • Fig. 5 (a) also shows a plan view of a security element 50 having a substrate 52 and the monochrome laser-sensitive print layer 22 of Fig. 4 (a), and Fig. 5 (b) shows a cross-section along the line BB, that is, along one the printing lines 24 of Fig. 5 (a).
  • the printing layer 22 with the printing lines 24 was acted upon in a partial region 56, in the exemplary embodiment in the form of the letter "B", with laser radiation of the laser source 32 in pulse mode at such selected laser parameters that in the sub-area 56, the laser-absorbing mixture component 23 partially from
  • the print layer 22 has been removed, but the non-absorbing color components 25 remain completely in the print layer 22 without changing the substrate 52 in the gaps 24 'between the print lines 24.
  • the security element 50 therefore faces the initial appearance a lightening, for example, a homogeneous light blue color impression.
  • FIG. 6 shows a further modification possibility, which also detects the substrate 52 in addition to the printing layer 22.
  • Fig. 6 (a) the edge portion between the print layer 22 and the adjacent outer portion 60 outside the print layer 22 is shown.
  • FIG. 6 (b) shows a cross-section of the security element 50 along the line BB of (a) along one of the pressure lines 24 and Fig. 6 (c) shows a cross-section along the line CC of (a), which is in a gap 24 ' between two lines of pressure 24 runs.
  • the laser-modified subregion is not extended in a planar manner, unlike in the exemplary embodiments of FIGS. 4 and 5, but consists in the outline shape of the letter "C".
  • For marking pulsed laser radiation of the laser source 32 is used with medium pulse peak power, for example, with an opening time of the Q-switch of 5 ⁇ 8 at 50 kHz pulse frequency, a medium intensity, generated for example by a beam width of 0.6 mm and a mean line energy, for example generated by a marking speed of 6 m / s.
  • medium pulse peak power for example, with an opening time of the Q-switch of 5 ⁇ 8 at 50 kHz pulse frequency
  • a medium intensity generated for example by a beam width of 0.6 mm
  • a mean line energy for example generated by a marking speed of 6 m / s.
  • Blackening 62 of the substrate As illustrated in Fig. 6 (c), the same blackening effect results in the gaps 24 'between the printing lines 24 where the laser radiation also strikes the substrate directly.
  • the appearance of the left half of the letter "C” in the area of the print layer 22 results from a superposition of the alternating brightenings 58 of the printing lines 24 and the blackened lines Areas 62 in the spaces 24 '.
  • the brightening 58 and the blackened areas 62 are not separately recognizable with the naked eye, but complement each other for the viewer to a homogeneous overall impression. Due to the additionally present blackened regions 62, the target appearance of the print layer 22 in this variant is darker than in the case of the pure brightening of the print layer 22 described in conjunction with FIG. 5.
  • FIG. 7 also includes the substrate 52.
  • FIG. 7 (a) shows a plan view of FIG Edge region of print layer 22 and outer region 60
  • Fig. 7 (b) shows a cross section of the security element 50 along the line BB of (a) along one of the printing lines 24
  • Fig. 7 (c) shows a cross section along the line CC of (a ) in a gap 24 'between two printing lines 24.
  • the laser-modified portion is in the embodiment of FIG. 7 in the outline of the letter "D".
  • higher pulse peak power is used sets, for example, with an opening time of the Qüteschalters of 3 ⁇ at 30 kHz pulse frequency, a higher intensity, for example, generated by a beam width of 0 , 4 mm and a higher line energy, for example generated by a marking speed of 3 m / s.
  • the action of the laser radiation at the selected laser parameters results in blackening and in addition to a foaming 64 of the substrate. This effect results both in the area of the intermediate spaces 24 ', as shown in FIG. 7 (c), and in the area of the printing lines 24, which are completely removed by the laser radiation and where, in addition, the underlying substrate is blackened and foamed.
  • a blackened and foamed region 64 in the form of the letter "D" results, which equally covers the area of the print layer 22 and the outer area 60 and which, in addition to the visual impression of the blackening by the foaming surface of the substrate, can also be tactually detected Authenticating feature.
  • the action of the laser radiation in the printing layer 22 only leads to a whitening 58, while in the outer region 60 a blackened and foamed region 64 is formed.
  • FIG. 8 (a) shows, to illustrate the underlying principle, a plan view of a composite substrate 70 which carries a laser-sensitive recording layer having a color layer 72 applied in an offset process whose carbon black content in the exemplary embodiment is about 25%.
  • the color layer 72 was exposed to laser radiation in pulsed operation, wherein each laser pulse generated by the interaction with the soot-containing ink layer a marking patch 74.
  • the marker patches 74 are spatially inhomogeneous and show a substantially annular appearance. In particular, the edges 76 of the marking patches appear clearly without the realization of this effect being understood in detail so far.
  • the individual marking spots 74 overlap, but because of the protruding edges 76, they can easily be visually separated from one another when viewed with a magnifying glass or the like.
  • the patch patches may also change the order and the direction 78 is closed in which the marker patches 74 have been sequentially generated.
  • FIG. 8 (b) shows, as a more complex motif 80 of a security element, the number "7", which may for example be part of a serial number inscribed in the recording layer 72 of FIG. 8 (a) by laser radiation.
  • a plurality of marking spots 74 which are arranged along the outline of the motif 80, were first of all generated in a first partial region 82 with laser radiation in pulsed operation with first laser parameters. Subsequently, the drawing layer 72 in the inner region of the motif (second subarea 84) was completely removed with second laser parameters, without, however, changing the substrate 70 itself.
  • the security element provided with the motif 80 also has an increased security against forgery, since the sequence, the direction and the distance Marking marks 74 are encoded in the security element additional information that are difficult to reproduce for a potential counterfeiter. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements (12) für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und andere Datenträger, bei dem - ein Substrat (20) zumindest bereichsweise mit einer lasersensitiven Aufzeichnungsschicht (22) versehen wird, die ein visuelles Ausgangs-Erscheinungsbild aufweist, und die aus einem Farbgemisch besteht, das zumindest eine laserabsorbierende Gemischkomponente aufweist, - die lasersensitive Aufzeichnungsschicht (22) in einem ersten Teilbereich (26) mit einer ersten Laserstrahlung mit ersten Laserparametern beaufschlagt wird, um dort ein gegenüber dem Ausgangs-Erscheinungsbild verändertes, erstes Ziel-Erscheinungsbild zu erzeugen, - die lasersensitive Aufzeichnungsschicht (22) in einem zweiten Teilbereich (28) mit einer zweiten Laserstrahlung mit zweiten, unterschiedlichen Laserparametern beaufschlagt wird, um dort ein gegenüber dem Ausgangs-Erscheinungsbild verändertes und sich vom ersten Ziel-Erscheinungsbild unterscheidendes zweites Ziel-Erscheinungsbild zu erzeugen, - wobei die erste und zweite Laserstrahlung mit nur einer Laserquelle (32) und nur einer Abbildungsoptik erzeugt werden, und der erste und zweite Teilbereich (26, 28) dadurch im Passer zueinander erzeugt werden.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements mit einer lasersensitiven
Aufzeichnungsschicht
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und andere Datenträger. Die Erfindung betrifft auch ein Sicherheitselement, das nach einem derartigen Verfahren hergestellt ist, einen Datenträger, insbesondere ein Sicherheitspapier oder Wertgegenstand, mit einem solchen Sicherheitselement sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens.
Ausweiskarten, wie etwa Kreditkarten oder Personalausweise, werden seit langem mittels Lasergravur personalisiert und dabei beispielsweise mit einem Passbild oder anderen personenbezogenen Daten versehen. Zur Perso- nalisierung einer Ausweiskarte durch Laser gravur werden in der Regel die optischen Eigenschaften des Substratmaterials der Karte durch geeignete Führung eines Laserstrahls in Gestalt einer gewünschten Kennzeichnung irreversibel verändert, insbesondere geschwärzt. Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements der eingangs genannten Art anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche ge- löst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der Erfindung ist bei einem Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und andere Datenträger, vorgesehen, dass ein Substrat zumindest bereichsweise mit einer lasersensitiven Aufzeichnungsschicht versehen wird, die ein visuelles Ausgangs- Erscheinungsbild aufweist, und die aus einem Farbgemisch besteht, das zumindest eine laserabsorbierende Gemischkomponente aufweist, die lasersensitive Aufzeichnungsschicht in einem ersten Teilbereich mit einer ersten Laserstrahlung mit ersten Laserparametern beaufschlagt wird, um dort ein gegenüber dem Ausgangs-Erscheinungsbild verändertes, erstes Ziel-Erscheinungsbild zu erzeugen, die lasersensitive Aufzeichnungsschicht in einem zweiten Teilbereich mit einer zweiten Laserstrahlung mit zweiten, unterschiedlichen Laserparametern beaufschlagt wird, um dort ein gegenüber dem Ausgangs- Erscheinungsbild verändertes und sich vom ersten Ziel-Erscheinungs- bild unterscheidendes zweites Ziel-Erscheinungsbild zu erzeugen, wobei die erste und zweite Laserstrahlung mit nur einer Laserquelle und nur einer Abbildungsoptik erzeugt werden, und der erste und zweite Teilbereich dadurch im Passer zueinander erzeugt werden.
Die unterschiedlichen Laserparameter der ersten und zweiten Laserstrahlung können insbesondere in einer Variation der Intensität, der Energie und/ oder der Pulsspitzenleistung der Laserstrahlung bestehen. Dabei kann die Intensität der Laserstrahlung vor allem durch die Fokussierung des La- serstrahls eingestellt werden, die Energie der Laserstrahlung vor allem durch die Markierungsgeschwindigkeit und den Diodenstrom eines Dioden- Pumplasers und die Pulsspitzenleistung zunächst durch die Auswahl von Pulsbetrieb oder Dauerstrich-Betrieb und im Pulsbetrieb durch die Pulslänge. Wie nachfolgend genauer beschrieben, wird die Laserquelle in bevorzug- ten Gestaltungen zur Erzeugung des ersten Ziel-Erscheinungsbilds im Pulsbetrieb und zur Erzeugung des zweiten Ziel-Erscheinungsbilds im Dauerstrichbetrieb betrieben. Hier wie an anderen Stellen dieser Beschreibung dienen die Begriffe„erste" und„zweite" nicht dazu, eine Reihenfolge oder eine Rangordnung anzugeben, sondern sollen nur jeweils zwei unterschiedliche Teilbereiche, Laserparameter und Erscheinungsbilder bezeichnen.
Die Laserquelle ist im Rahmen der Erfindung vorteilhaft mit einem Güteschalter versehen, der in an sich bekannter Weise die Erzeugung von Pulsen mit hoher Spitzenleistung ermöglicht. Die Öffnungszeit des Güteschalters bestimmt dabei den Pulscharakter der Laserstrahlung. Bei einem kontinuierlich geöffneten Güteschalter wird ein Dauerstrich-Laserstrahl emittiert, durch periodisches Öffnen und Schließen des Güteschalters entsteht gepulste Laserstrahlung. Eine kurze Öffnungszeit des Güteschalters (beispielsweise ein Verhältnis von Öffnungszeit zu Ladezeit von 1:5 oder weniger) führt zu kurzen Laserpulsen mit Pulsdauern von vorzugsweise 20 ns oder weniger, von 10 ns bis 20 ns, oder sogar von 10 ns oder weniger. Derart kurze Pulse weisen eine sehr hohe Leistung auf. Mit ihrer kurzen Einwirkdauer eignen sie sich besonders gut für eine Ablation der absorbierenden Gemischkomponente aus der beaufschlagten Aufzeichnungsschicht.
Eine mittlere Öffnungszeit des Güteschalters (beispielsweise ein Verhältnis von Öffnungszeit zu Ladezeit zwischen 1:2 und 2:1) führt zu längeren Pulsen mit Pulsdauern von einigen hundert Nanosekunden bis zu einigen Mikrose- künden und entsprechend niedrigerer Leistung. Bei diesen Pulsen treten mit zunehmender Pulsdauer thermische Effekte zunehmend in den Vordergrund. Schließlich ist bei Dauerstrichbetrieb der Laserquelle der Güteschalter immer offen. Die Leistung des Laserstrahls ist am geringsten und durch die lange Einwirkdauer dominieren die thermischen Effekte. Durch die erfindungsgemäße Erzeugung der Teilbereiche stehen der erste und zweite Teilbereich zueinander im Passer, so dass zwei unterschiedliche, aber aufeinander ausgerichtete Modifikationsbereiche in der Aufzeichnungsschicht erzeugt werden können. Beispielsweise kann ein Teilbereich einen Rahmen für den zweiten Teilbereich bilden, oder die Teilbereiche können sich zu einem Gesamtmotiv ergänzen. In beiden Fällen fallen Passerschwankungen der beiden Teilbereiche, wie sie bei der Erzeugung in getrennten Arbeitsschritten oft unvermeidlich sind, besonders stark ins Auge. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise lassen sich solche Passerschwankungen vermeiden, da die unterschiedlichen Erscheinungsbilder mit derselben Laserquelle in nur einem Arbeitsgang nur durch die Nutzung unterschiedlicher Betriebsmodi derselben Laserquelle erzeugt werden. Ein weiterer wichtiger Erfindungsaspekt besteht darin, dass die unterschiedlichen Erscheinungsbilder in derselben Aufzeichnungsschicht erzeugt werden und nicht etwa durch die unterschiedlichen Antworten unterschiedlicher Aufzeichnungs- schichten auf die Laserbeaufschlagung entstehen.
Die durch die Laserbeaufschlagung erzeugten Teilbereiche bilden zusammen eine visuell erkennbare Markierung in der Aufzeichnungsschicht und dem Sicherheitselement. Die Markierung kann beispielsweise in der Zifferung bestehen und dabei Buchdruckzifferung, beispielsweise auf Banknoten, ersetzen oder ergänzen. Sie kann auch in Zahlen und/ oder Buchstaben bestehen, die insbesondere aus der genannten Zifferung abgeleitet sein können. Beispielsweise können sich die Zahlen oder Buchstaben durch kryptographi- sehe Verfahren aus einer Zifferung ergeben oder sie können auch nur in einer Wiederholung eines Teils der Zifferung bestehen. Die Markierung kann auch eine Wertzahl, beispielsweise einer Banknote, darstellen, ein Logo, wie etwa ein Herausgeber-Logo einer Zentralbank, ein Datum oder eine Uhrzeit oder eine daraus abgeleitete Angabe sein, oder auch ein graphisches Element oder einen Code, wie etwa ein Strichcode, Matrixcode oder Mehrfarbencode darstellen.
Als Substrat des Sicherheitselements kommen insbesondere Trägermaterialien aus Baumwollfasern, aus Polymeren oder ein Substrat mit einem hybriden Aufbau in Frage. Das Sicherheitselement kann dabei Teil eines Datenträgers sein, der das Substrat bereitstellt, oder kann mit seinem Substrat auf einen Datenträger aufgebracht sein.
Die lasersensitive Aufzeichnungsschicht kann vollflächig aufgebracht sein, gegenwärtig ist aber bevorzugt, dass die lasersensitive Aufzeichnungsschicht rasterförmig, insbesondere in Form eines Linien-, Punkt- oder Kreuzrasters aufgebracht wird. Die Abmessungen der das Raster bildenden Rasterelemente und die Abstände der Rasterelemente liegen dabei vorteilhaft unterhalb der Auflösungsgrenze des bloßen Auges, insbesondere unterhalb von 200 μητι, so dass die Aufzeichnungsschicht bei Betrachtung ohne Hilfsmittel vollflächig erscheint. In besonders vorteilhaften Gestaltungen ist die lasersensitive Auf zeichnungsschicht durch eine Druckschicht, vorzugsweise eine einfarbige Druckschicht, gebildet. Für die Aufbringung der Aufzeichnungsschicht kommen alle Druckverfahren, insbesondere Siebdruck, Stichtiefdruck, Untergrunddruck, Offsetdruck, Rastertiefdruck oder Buchdruck, in Betracht.
Bevorzugt besteht das Ausgangs-Erscheinungsbild der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht in einem homogenen Farbeindruck, beispielsweise in dem einfarbigen Eindruck einer eng gerasterten Druckschicht.
In allen Gestaltungen kann die Aufzeichnungsschicht nur eine einzige lasersensitive Gemischkomponente enthalten, die von der ersten bzw. zweiten Laserstrahlung aufgrund der unterschiedlichen Laserparameter in unterschiedlicher Weise oder auch nur in unterschiedlicher Stärke beeinflusst wird und dadurch die unterschiedlichen Ziel-Erscheinungsbilder erzeugt. Beispielsweise kann durch Laserbeaufschlagung im Pulsbetrieb mit kurzen Laserpulsen von etwa 10 ns (erste Laser parameter) nur die absorbierende Gemischkomponente aus der Aufzeichnungsschicht entfernt werden, während durch Laserbeaufschlagung im Dauerstrichbetrieb (zweite Laserparameter) die gesamte Aufzeichnungsschicht entfernt wird. Das Farbgemisch der Aufzeichnungsschicht kann aber auch mehrere lasersensitive Gemisch- komponenten enthalten, wobei beispielsweise eine erste Komponente im Wesentlichen nur von der ersten Laserstrahlung beeinflusst wird, und eine zweite Komponente im Wesentlichen nur von der zweiten Laserstrahlung beeinflusst wird, so dass sich unterschiedliche Ziel-Erscheinungsbilder ergeben. Die Aufzeichnungsschicht kann breitbandig absorbierend sein, derzeit sind allerdings Aufzeichnungsschichten mit IR-absorbierenden Komponenten bevorzugt.
In vorteilhaften Gestaltungen enthält das Farbgemisch der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht optisch variable Farbpigmente, wobei als nicht absor- bierende Gemischkomponenten insbesondere optisch variable Flüssigkristallpigmente oder eine transparente Stichtiefdruckfarbe und für die laserabsorbierenden Gemischkomponenten beispielsweise optisch variable Interferenzschichtpigmente in Frage kommen. Auch andere, in ihren optischen Eigenschaften irreversible veränderbare Farbkomponenten, wie etwa eine Stichtiefdruckfarbe, eine Metalleffektfarbe oder metallische Pigmente, eine lumineszierende Farbe oder lumineszierende Pigmente, Glanzpigmente oder eine thermochrome Farbe, kommen für die laserabsorbierenden Gemischkomponenten in Betracht. In weiteren vorteilhaften Gestaltungen enthält das Farbgemisch der lasersensitiven Auf Zeichnungsschicht als laserabsorbierende Gemischkomponente Ruß. Für Offsetfarben hat sich dabei Gewichtsanteil von Ruß von 10 % bis 30 %, vorzugsweise von 15 % bis 30 % als besonders vorteilhaft herausge- stellt, bei Stichtiefdruckfarben liegt der Rußanteil mit Vorteil oberhalb von 3 %, insbesondere oberhalb von 6 %.
Gemäß einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird die lasersensitive Aufzeichnungsschicht durch die erste oder zweite Laserstrahlung vollständig abgetragen, und das erste Ziel-Erscheinungsbild oder das zweite Ziel- Erscheinungsbild besteht in dem Erscheinungsbild des Substrats. Ist das Substrat etwa ein unbeschichtetes Papiersubstrat, so ist das erste oder zweite Ziel-Erscheinungsbild das Papierweiß des Papiersubstrats, beim Einsatz anderer Substrate oder beschichteter Substrate kann sich jedoch auch ein ande- res erstes oder zweites Ziel-Erscheinungsbild ergeben.
Bei einer weiteren vorteilhaften Verfahrensvariante wird durch die erste oder zweite Laserstrahlung zumindest eine laserabsorbierende Gemischkomponente zumindest teilweise aus der lasersensitiven Aufzeichnungs- schicht entfernt, und das erste Ziel-Erscheinungsbild bzw. zweite Ziel- Erscheinungsbild besteht insbesondere in einer Aufhellung des homogenen Farbeindrucks der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht. Je nach den verwendeten Laserparametern können unterschiedlich große Anteile der laserabsorbierenden Gemischkomponenten entfernt werden und damit unter- schiedlich starke Wirkungen, insbesondere unterschiedlich starke Aufhellungen erzeugt werden. Verschieden starke Wirkungen bzw. Aufhellungen können dabei in einer Auf Zeichnungsschicht kombiniert werden. Dabei besteht auch die Möglichkeit, durch die Laserstrahlung in einem weiteren Teilbereich nur geringste Mengen der absorbierenden Gemischkomponente zu entfernen, so dass der visuelle Farbeindruck dort im Wesentlichen erhalten bleibt.
Für die Entfernung der laserabsorbierenden Gemischkomponenten kommen dabei je nach dem verwendeten Material verschiedene Mechanismen in Betracht. Beispielsweise kann eine laserabsorbierende Gemischkomponente gebleicht, verdampft, in ihren Reflexionseigenschaften verändert oder in ein Material mit anderen optischen Eigenschaften umgewandelt werden. All diese Modifikationen werden in dieser Beschreibung unter der Wendung „Entfernung der laser absorbierenden Gemischkomponente" zusammenge- fasst, da die laserabsorbierende Gemischkomponente nach ihrer Modifikation nicht mehr in ihrer ursprünglichen Form als laserabsorbierende Komponente vorliegt. Als mögliche Wirkungen der Laserbeaufschlagung kommen dabei unter anderem eine Farbveränderung, die Erzeugung eines Farbum- schlags, das Aufhellen einer Farbe, die Änderung der Kippfarbe eines Effektfarbengemisches oder die lokale Änderung der Polarisationseigenschaften oder der Lumineszenzeigenschaften der Auf Zeichnungsschicht in Frage.
In einer gegenwärtig besonders bevorzugten Ausgestaltung wird durch La- serbeaufschlagung im Pulsbetrieb mit kurzen Laserpulsen von etwa 10 ns bis 20 ns (erste Laserparameter) zumindest eine absorbierende Gemischkomponente zumindest teilweise aus dem Farbgemisch der Aufzeichnungsschicht entfernt und wird durch Laserbeaufschlagung im Dauerstrichbetrieb (zweite Laserparameter) die gesamte Aufzeichnungsschicht entfernt. Des Weiteren kann insbesondere durch die vorstehend genannte Laserbeaufschlagung im Pulsbetrieb und/ oder Dauerstrichbetrieb auch die Oberflächenbeschaffenheit des Farbgemisches geändert werden. Bereits die beiden Varianten einer vollständigen Abtragung der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht und der Entfernung der absorbierenden Gemischkomponenten aus derselben Aufzeichnungsschicht ermöglichen die Erzeugung visuell attraktiver, perfekt gepasserter Modifikationsbereiche in der Aufzeichnungsschicht unter Verwendung nur einer Laserquelle. Durch die Hinzunahme weiterer Effekte, wie etwa einer laserinduzierten Schwärzung des Substrats und/ oder einem laserinduzierten Aufschäumen des Substrats, kann die Gestaltungsvielfalt weiter vergrößert und sogar um taktile Elemente erweitert werden.
In einer vorteilhaften Gestaltung kann beim Einsatz einer rasterf örmigen Aufzeichnungsschicht vorgesehen sein, dass das Substrat durch die erste bzw. zweite Laserstrahlung in Zwischenräumen zwischen den Rasterelementen der lasersensitiven Auf Zeichnungsschicht geschwärzt und/ oder aufgeschäumt wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Substrat nur bereichsweise mit der lasersensitiven Auf Zeichnungsschicht versehen werden. Neben der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht kann dann auch das Substrat in einem Außenbereich der Auf Zeichnungsschicht mit der ersten bzw. zweiten Laserstrahlung beaufschlagt werden, und das Substrat kann in dem beaufschlagten Außenbereich durch die Einwirkung der Laserstrahlung geschwärzt und/ oder aufgeschäumt werden. Da die Beaufschlagung der Aufzeichnungsschicht und des Außenbereichs mit demselben Laserquelle erfolgt, kann die Schwärzung oder Aufschäumung des Substrats passergenau zu den oben beschriebenen Modifikationsbereichen der Aufzeichnungsschicht ausgeführt werden. Beispielsweise kann ein Teilbereich ein Motiv in der Aufzeichnungsschicht bilden, das sich ohne Passerschwankungen in den angrenzenden Außenbereich des Substrats fortsetzt. Mit besonderem Vorteil wird die lasersensitive Aufzeichnungsschicht sogar in drei oder mehr Teilbereichen mit Laserstrahlung mit unterschiedlichen Laserparametern beaufschlagt, um dort jeweils unterschiedliche und gegenüber dem Ausgangs-Erscheinungsbild veränderte Ziel-Erscheinungsbilder zu erzeugen, wobei die Laserstrahlung zur Beaufschlagung der drei oder mehr Teilbereiche mit nur einer Laserquelle und nur einer Abbildungsoptik erzeugt wird.
Die Übergänge zwischen dem ersten und zweiten und gegebenenfalls weite- ren Teilbereichen können sprunghaft oder fließend sein. Im letzteren Fall können die Laserparameter beispielsweise entlang von Rampen mit der Markierungsdauer verändert werden. Die Änderung kann nicht nur linear, sondern auch mit anderen, auch unstetigen Funktionen gebildet sein, um nichtlineare Änderungen und Sprünge in den Laserparametern zu erzeugen. Beispielsweise kann die Öffnungszeit des Güteschalters während der Erzeugung einer linienf örmigen Markierung kontinuierlich verlängert werden, bis schließlich Dauerstrichbetrieb erreicht wird. Dadurch kann beispielsweise ein deutlich farbiger Strich, bei dem zunächst nur Rußpartikel aus dem Farbgemisch entfernt werden, langsam immer heller werden, bis schließlich nur noch die Substratfarbe zu sehen ist. Es versteht sich, dass mehrere Rampen für verschiedene Laserparameter gleichzeitig ablaufen können.
Es versteht sich weiter, dass sich die beaufschlagten Teilbereiche auch überlappen können. Dabei kann die Reihenfolge der Beaufschlagung mit ver- schiedenen Laserparametern über das letztlich erzeugte Erscheinungsbild entscheiden, da absorbierende Gemischkomponenten nach ihrer Entfernung für eine nachfolgende Lasermodifikation nicht mehr zur Verfügung stehen. In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen wird ein visuell ansprechendes Erscheinungsbild des Sicherheitselements mit hoher Fälschungssicherheit verbunden, wozu zunächst die Beaufschlagung des ersten und/ oder zweiten Teilbereichs mit Laserstrahlung im Pulsbetrieb durchgeführt wird. Dabei werden zumindest bei einer der Beaufschlagungen mit Laserstrahlung im Pulsbetrieb durch die einzelnen Laserpulse Markierungsflecken in der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht erzeugt, die visuell voneinander getrennt werden können. Mit Vorteil werden zumindest bei einer der Beaufschlagungen mit Laserstrahlung im Pulsbetrieb räumlich inhomogene Markierungs- flecken mit einem im Wesentlichen kreis- und/ oder ringförmigen Erscheinungsbild erzeugt, wobei insbesondere die Ränder der Markierungsflecken deutlich in Erscheinung treten. Die Markierungsflecken werden vorteilhaft zumindest in Teilbereichen überlappend erzeugt, so dass die Überlappungsrichtung der Markierungsflecken die Reihenfolge und Richtung der Beauf- schlagung mit den Laserpulsen anzeigt. Typischerweise liegen die Größen der Markierungsflecken zwischen 10 μιη und 1 mm, vorzugsweise zwischen 50 μπι und 500 μπι.
Die Laserbeaufschlagung wird vorteilhaft mit einem Infrarotlaser im Wellen- längenbereich von 0,8 μιη bis 3 μπ , insbesondere einem Nd:Y AG-Laser oder einem Nd:YV04-Laser durchgeführt. Im gepulsten Betrieb ist die Pulsdauer vorzugsweise kürzer als bei Markierungslasern üblich und liegt mit Vorteil zwischen 5 ns und 25 ns, insbesondere zwischen 5 ns und 15 ns. Die Erfindung umfasst auch ein Sicherheitselement zur Absicherung von Sicherheitspapieren, Wertdokumenten und anderen Datenträgern, das nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Das Sicherheitselement enthält dabei ein Substrat, das zumindest bereichsweise mit einer lasersensitiven Aufzeichnungsschicht versehen ist, welche ein visuelles Ausgangs- Erscheinungsbild aufweist, und die aus einem Farbgemisch besteht, das zumindest eine laserabsorbierende Gemischkomponente aufweist, wo- bei in einem ersten Teilbereich der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht durch Einwirkung einer ersten Laserstrahlung mit ersten Laserparametern ein gegenüber dem Ausgangs-Erscheinungsbild verändertes, erstes Ziel-Erscheinungsbild erzeugt ist, in einem zweiten Teilbereich der lasersensitiven Auf Zeichnungsschicht durch Einwirkung einer zweiten Laserstrahlung mit zweiten, unterschiedlichen Laserparametern ein gegenüber dem Ausgangs-Erscheinungsbild verändertes und sich vom ersten Ziel-Erscheinungsbild unterscheidendes, zweites Ziel-Erscheinungsbild erzeugt ist, und der erste und zweite Teilbereich im Passer zueinander stehen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Substrat nur bereichsweise mit der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht versehen, und das Substrat ist in einem Außenbereich der Aufzeichnungsschicht durch Einwirkung von Laserstrahlung im Passer mit dem ersten und/ oder zweiten Teilbereich geschwärzt und/ oder aufgeschäumt. Die lasersensitive Aufzeich- nungsschicht kann vollflächig aufgebracht sein, oder ist vorzugsweise raster- förmig, insbesondere in Form eines Linien-, Punkt- oder Kreuzrasters, aufgebracht. Weiter ist die lasersensitive Aufzeichnungsschicht mit Vorteil durch eine Druckschicht, vorzugsweise eine einfarbige Druckschicht, gebildet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die lasersensitive Aufzeichnungsschicht im ersten und/ oder zweiten Teilbereich eine Vielzahl von durch einzelne Laserpulse erzeugten Markierungsflecken auf, die visuell voneinander getrennt werden können. Die Markierungsflecken sind vorzugsweise räum- lieh inhomogen mit einem im Wesentlichen kreis- und/ oder ringförmigen Erscheinungsbild ausgebildet, wobei insbesondere die Ränder der Markierungsflecken deutlich in Erscheinung treten. Zweckmäßig können die Markierungsflecken zumindest in Teilbereichen überlappen, wobei die Überlappungsrichtung der Markierungsflecken die Reihenfolge und Richtung der Beaufschlagung mit den Laserpulsen anzeigt.
Für die Ausgestaltungen mit durch einzelne Laserpulse erzeugten Markierungsflecken eignet sich insbesondere ein Polymersubstrat oder ein Verbundsubstrat, letzteres vorzugsweise mit einer Schichtenfolge Folie/ Pa- pier/ Folie oder Papier/ Fölie/ Papier. Derartige Verbundsubstrate werden auch oft als Hybridsubstrate bezeichnet. Die lasersensitive Aufzeichnungsschicht ist dabei mit Vorteil durch eine Offset-Druckschicht gebildet.
Die Erfindung umfasst weiter einen Datenträger mit einem Sicherheitsele- ment der beschriebenen Art. Dabei kann das Sicherheitselement Teil des Datenträgers sein, indem dieser das Substrat des Sicherheitselements bereitstellt, oder das Sicherheitselement kann mit seinem Substrat auf einen separaten Datenträger aufgebracht sein. Bei dem Datenträger kann es sich insbesondere um eine Banknote, insbesondere eine Papierbanknote, vorzugsweise eine Baumwoll-Papierbanknote, eine Polymerbanknote oder eine Folien- Papier- Verbundbanknote handeln. Letztere weist vorzugsweise eine Schichtenfolge Folie/ Papier/ Folie oder Papier/ Folie/ Papier auf. Der Datenträger kann auch eine Ausweiskarte darstellen, insbesondere eine Kreditkarte, eine Bankkarte, eine Barzahlungskarte, eine Berechtigungskarte, einen Personalausweis, einen Pass oder eine Pass-Personalisierungsseite.
Schließlich umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, mit
Mitteln zum Aufbringen einer lasersensitiven Aufzeichnungsschicht auf ein Substrat, - einer Laserquelle, die mit unterschiedlichen Laserparametern, insbesondere sowohl im Dauerstrichbetrieb als auch im Pulsbetrieb betreibbar ist, einer Scanoptik zum Beaufschlagen des mit der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht versehenen Substrats mit Laserstrahlung der Laserquelle, und einem Steuergerät zum Ansteuern der Laserquelle und der Scanoptik, um die lasersensitive Aufzeichnungsschicht mit Laserstrahlung der Laserquelle mit unterschiedlichen Laserparametern, insbesondere sowohl mit Laserstrahlung der Laserquelle im Dauerstrichbetrieb als auch mit Laserstrahlung der Laserquelle im Pulsbetrieb zu beaufschlagen.
Die Laserquelle ist dabei vorzugsweise ein Infrarotlaser im Wellenlängenbe- reich von 0,8 μπι bis 3 μπι, insbesondere ein Nd:Y AG-Laser oder Nd:YV04- Laser. Wie weiter oben genauer beschrieben, ist die Laserquelle vorteilhaft mit einem Güteschalter versehen, der die Erzeugung von Laserpulsen mit hoher Spitzenleistung ermöglicht. Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maß- stabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement,
Fig. 2 das Sicherheitselement der Fig. 1 schematisch im Querschnitt, eine schematische Darstellung eines Laserbeschrifters zur Erläuterung dessen Arbeitsprinzips bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 4 und 5 zwei Möglichkeiten, die lasersensitive Aufzeichnungsschicht durch Laserbeaufschlagung zu modifizieren, wobei (a) jeweils eine Aufsicht auf ein Sicherheitselement mit einem Substrat und einer lasersensitiven Druckschicht in Form eines Linienrasters mit parallelen Drucklinien zeigt, und (b) jeweils einen Querschnitt des Sicherheitselements entlang der Linie B-B, also entlang einer der Drucklinien von (a) zeigt, Fig.6 und 7 zwei weitere Möglichkeiten, die lasersensitive Aufzeichnungsschicht und das Substrat durch Laserbeaufschlagung zu modifizieren, wobei (a) jeweils eine Aufsicht auf ein Sicherheitselement mit einem Substrat und einer lasersensitiven Druckschicht in Form eines Linienrasters mit parallelen Drucklinien im Randbereich der Druckschicht zeigt, (b) jeweils einen Querschnitt des Sicherheitselements entlang der Linie B-B, also entlang einer der Drucklinien von (a) zeigt, und (c) einen Querschnitt entlang der Linie C-C von (a) zeigt, der in einem Zwi- schenraum zwischen zwei Drucklinien verläuft, und
Fig. 8 in (a) eine Aufsicht auf ein Verbundsubstrat mit einer lasersensitiven Offset-Farbschicht, die durch gepulste Laserstrahlung mit einer Vielzahl von überlappenden Markierungsflecken ver- sehen ist, und in (b) ein Sicherheitselement mit einem komplexeren Motiv (Ziffer "7"), mit einer Vielzahl von entlang des Umrisses des Motivs angeordneten Markierungsflecken und einem vollständig abgetragenen inneren Bereich. Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten und andere Wertdokumente erläutert. Fig. 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10, die mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement 12 versehen ist. In dem Sicherheitselement 12 wurde in der nachfolgend genauer beschriebenen Weise mit nur einer Laserquelle durch eine Kombination zweier unterschiedlicher Laserbeschriftungsparameter, vorliegend durch eine Kombination von kontinuierlicher und gepulster Laserstrahlung, ein Motiv mit mehreren zueinander im Passer stehenden Teilbereichen mit jeweils unterschiedlichem visuellem Erscheinungsbild erzeugt. Beispielsweise zeigt das Sicherheitselement 12 ein Motiv mit einem dunkelblauen Hintergrund 14, mit einer papierweiß erscheinenden Buchstabenfolge 16, die in der Figur nur durch den Buchstaben„ A" dargestellt ist und mit einem hellblau erscheinenden ornamentalen Linienmuster 18, das im perfektem Passer zur Buchstabenfolge 16 steht. Zur näheren Erläuterung zeigt Fig. 2 das Sicherheitselement 12 der Fig. 1 schematisch im Querschnitt. Auf das Papiersubstrat 20 der Banknote 10 ist eine lasersensitive Auf Zeichnungsschicht aufgebracht, die im Ausführungsbeispiel aus einer einfarbigen, dunkelblauen Druckschicht 22 aus einer laser- sensitiven Druckfarbe besteht. Die Druckschicht 22 besteht aus einem Farbgemisch, das zumindest eine Gemischkomponente 23 aufweist, die die Strahlung der zur Markierung verwendeten Laserquelle absorbiert, und das weiter nicht absorbierende Farbbestandteile 25 aufweist. Die Druckschicht 22 ist in Form eines Linienrasters mit parallelen Drucklinien 24 einer Breite von etwa 100 μιη und einem Mitte-zu-Mitte- Abstand von etwa 150 μιη aufgebracht, so dass bei Betrachtung ohne Hilfsmittel der visuelle Eindruck einer homogenen dunkelblauen Fläche entsteht. Der Querschnitt der Fig. 2 verläuft entlang einer der Drucklinien 24 des Linienrasters, so dass die Raste- rung der Druckschicht in der Darstellung der Fig. 2 nicht sichtbar ist. Die verwendete Druckfarbe kann breitbandig absorbierend sein, vorzugsweise wird eine Druckfarbe mit IR-absorbierenden Komponenten eingesetzt.
Die Druckschicht 22 wurde dann in einem ersten Teilbereich 26, der mit seiner Form die in Fig. 1 gezeigte Buchstabenfolge 16 bildet, mit einer ersten Laserstrahlung im Dauerstrichbetrieb bei solchermaßen gewählten Laserparametern beaufschlagt, dass die Druckschicht 22 in dem Teilbereich 26 vollständig abgetragen wurde, ohne dabei allerdings das Substrat 20 selbst zu verändern. Im Teilbereich 26 ist daher ein gegenüber dem dunkelblauen Ausgangs-Erscheinungsbild verändertes, erstes Ziel-Erscheinungsbild sichtbar, das durch das papierweiße Erscheinungsbild des Banknotenpapiers 20 gebildet ist.
In einem zweiten Teilbereich 28, der mit seiner Form das ornamentale Linienmuster 18 der Fig. 1 bildet, wurde die Druckschicht 22 mit einer zweiten Laserstrahlung im Pulsbetrieb bei solchermaßen gewählten Laserparametern beaufschlagt, dass nur die laserabsorbierende Gemischkomponente 23 aus der Druckschicht 22 entfernt wurde, die nicht absorbierenden Farbbestandteile 25 dagegen in der Druckschicht 22 verbleiben. Die laserabsorbierende Gemischkomponente 23 kann dabei gebleicht, verdampft, in ihren Reflexi- onseigenschaften verändert, oder in ein Material mit anderen optischen Eigenschaften umgewandelt werden. In den Zwischenräumen 24' zwischen den Drucklinien 24 ist das Substrat 20 selbst durch die Laserbeaufschlagung nicht verändert. In der schematischen Darstellung der Fig. 2 ist in dem zwei- ten Teilbereich 28 die laserabsorbierende Gemischkomponente 23 der klareren Darstellung halber vollständig entfernt. In der Praxis wird die laserabsorbierende Gemischkomponente 23 jedoch in der Regel nur teilweise, beispielsweise zu 5% bis 95% entfernt. Durch die teilweise oder vollständige Entfernung der laserabsorbierende Gemischkomponente 23 der Druck- Schicht 22 entsteht im Teilbereich 28 eine Aufhellung der dunkelblauen Ausgangsfarbe, so dass sich dort ein zweites Ziel-Erscheinungsbild ergibt, das in einem hellblauen Farbeindruck besteht. Je nach dem verbleibenden Anteil der laserabsorbierenden Gemischkomponente 23 und auch der Farbwirkung der nicht absorbierenden Farbbestandteile 25 können so unterschiedlich starke Aufhellungen erreicht werden. Des Weiteren ist es auch denkbar, dass bei der Variante gemäß Fig. 2 die Druckschicht 22 in dem Teilbereich 26 nicht vollständig, sondern nur teilweise, z.B. zu 40 % bis 99 % entfernt ist.
Da die erste und zweite Laserstrahlung mit nur einer Laserquelle in nur ei- nem Arbeitsgang und mit nur einer Abbildungsoptik erzeugt wurden, wie nachfolgend genauer beschrieben, weisen die Teilbereiche 26 und 28 keine Passertoleranzen auf, sondern können hochgenau zueinander positioniert werden. Im Ergebnis enthält das Sicherheitselement 12 somit ein Motiv mit einem dunkelblauen Hintergrund 14 (Ausgangs-Erscheinungsbild) und ei- ner papierweiß erscheinenden Buchstabenfolge 16 (erstes Ziel-Erscheinungsbild), die passergenau von einem hellblauen Linienornament 18 (zweites Ziel-Erscheinungsbild) umgeben ist. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch die Kombination unterschiedlicher Lasermarkierungsparameter, insbesondere von kontinuierlicher und gepulster Laserstrahlung einer einzigen Laserquelle, sogar in einer einfarbigen Aufzeichnungsschicht unterschiedliche und perfekt gepasserte visuelle Erscheinungsbilder erzeugt wer- den können.
Das Herstellungsverfahren wird nunmehr mit Bezug auf die Fig. 3 näher erläutert, die schematisch einen erfindungsgemäßen Laserbeschrifter 30 zeigt. Der Laserbeschrifter 30 enthält eine Laserquelle 32, beispielsweise ei- nen Nd:YV0 -Laser einer Wellenlänge von 1064 nm, der mit Hilfe eines Güteschalters sowohl im Dauerstrichbetrieb (cw), als auch im Pulsbetrieb betrieben werden kann. Vorteilhaft kann dabei die Öffnungszeit des Güteschalters innerhalb der Periodendauer frei eingestellt werden. Zur Steuerung der Laserquelle 32, einschließlich der Wahl der Betriebsart (Dauerstrich/ gepulst) und der weiteren gewünschten Laserparameter ist ein Steuergerät 34 vorgesehen.
Der von der Laserquelle 32 emittierte Laserstrahl 36 wird über zwei bewegliche Spiegel 38 abgelenkt, wobei einer der Spiegel die Ablenkung in x- Rich- tung, der andere Spiegel die Ablenkung in y-Richtung erzeugt. Eine Planfeldlinse 40 fokussiert den Laserstrahl 36 auf den gewünschten Teilbereich des Sicherheitselements 12 eines Banknotennutzens, wo er das Ausgangs- Erscheinungsbild der Druckschicht 22 oder eines angrenzenden Substratbereichs wie beschrieben modifiziert. Der Energie- bzw. Leistungseintrag in die Druckschicht 22 oder das Substrat 20 kann nicht nur durch die Betriebsart des Lasers und durch die Energie bzw. Leistung der Laserstrahlung, sondern auch durch die Scangeschwindigkeit des Laserstrahls 36 beeinflusst werden, die ebenfalls mit Hilfe des Steuergeräts 34 gewählt werden kann. Darüber hinaus kann die Flächenintensität der Strahlung durch eine Optik, beispielsweise einen Fokusshifter 42 eingestellt werden, der den Strahldurchmesser der auf das Sicherheitselement 12 auftreffenden Laserstrahlung bestimmt, und der ebenfalls durch das Steuergerät 34 angesteuert werden kann. Auf diese Weise können unterschiedliche Strichbreiten und unter- schiedliche Laserstrahlintensitäten realisiert werden.
Um die beiden oben genannten Ziel-Erscheinungsbilder im Sicherheitselement 12 zu erzeugen, kann im ersten Teilbereich 26 beispielsweise mit einer Dauerstrich-Laserstrahlung eines Nd:YV04-Lasers bei einer Leistung zwi- sehen 75 W und 105 W und einer Scangeschwindigkeit zwischen 2 m/s und 7 m/s gearbeitet werden. Im zweiten Teilbereich 28 kann im Pulsbetrieb mit 10 ns bis 20 ns langen Pulsen mit einer Pulsfrequenz von 30 kHz bei einer Ladedauer von 5 μβ/ΡηΙβ und einer Scangeschwindigkeit von etwa 4 m/s gearbeitet werden.
Während Fig. 3 zur Illustration ein Sicherheitselement nur eines Banknotennutzens zeigt, wird in der Praxis typischerweise ein Banknotenbogen mit einer Vielzahl an Banknotennutzen bearbeitet, wobei mehrere Laserquellen parallel jeweils einen Nutzen bearbeiten können, und wobei jede Laserquelle nacheinander mehrere Nutzen des Bogens nach dem beschriebenen Verfahren bearbeitet. Jeder Nutzen wird dabei aber nur von einer Laserquelle bearbeitet und von dieser mit Laserstrahlung mit unterschiedlichen Laserparametern, insbesondere sowohl mit kontinuierlicher als auch mit gepulster Laserstrahlung beaufschlagt. Neben den beiden Möglichkeiten, das visuelle Erscheinungsbild einer lasersensitiven Auf Zeichnungsschicht durch vollständige Ablation oder durch teilweise oder vollständige Entfernung der laserabsorbierenden Gemischkomponenten zu verändern, bestehen noch weitere, das Substrat des Sicher- heitselements einschließende Möglichkeiten, die nunmehr zusammen mit den bereits beschriebenen Möglichkeiten mit Bezug auf die Figuren 4 bis 7 erläutert werden. Die verschiedenen Modifikationen und die resultierenden Erscheinungsbilder werden dabei der klareren Darstellung halber jeweils einzeln illustriert, es versteht sich jedoch, dass im Rahmen der Erfindung das Ausgangs-Erscheinungsbild der Auf Zeichnungsschicht in zwei oder mehr Teilbereichen durch Verwendung unterschiedlicher Laserparameter, insbesondere sowohl von gepulster als auch von Dauerstrichstrahlung derselben Laserquelle in zwei oder mehr unterschiedliche Ziel-Erscheinungsbilder verändert ist.
Zunächst zeigt Fig. 4(a) eine Aufsicht auf ein Sicherheitselement 50 mit einem Substrat 52 und einer einfarbigen lasersensitiven Druckschicht 22, die in Form eines Linienrasters mit parallelen Drucklinien 24 und Zwischenräumen 24' ausgebildet ist. Die Druckschicht 22 besteht aus einem Farbgemisch mit laserabsorbierenden Gemischkomponenten 23 und mit nicht absorbierenden Farbbestandteilen 25. Fig. 4(b) zeigt einen Querschnitt des Sicherheitselements 50 entlang der Linie B-B, also entlang einer der Drucklinien 24 von Fig. 4(a). Die Drucklinien 24 sind in der Figur nicht maßstäblich gezeichnet und weisen typischerweise eine Breite von etwa 100 μπι und einen Mitte-zu- Mitte- Abstand von etwa 150 μη auf, um eine Druckschicht zu erzeugen, die bei Betrachtung ohne Hilfsmittel einen homogenen Farbeindruck vermittelt. Je höher die Flächendeckung der Druckschicht 22 gewählt wird, umso höher ist der durch Aufhellung oder durch vollständige Ablation erzielbare Kontrast. Die Druckschicht 22 mit den Drucklinien 24 wurde in einem Teilbereich 54, im Ausführungsbeispiel in Form des Buchstabens„ A", mit Laserstrahlung der Laserquelle 32 im Dauerstrichbetrieb und mit solchermaßen gewählten Laserparametern beaufschlagt, dass die Druckschicht 22 in dem Teilbereich 54 vollständig abgetragen wurde, ohne dabei das Substrat 52 zu verändern. Im Teilbereich 54 zeigt das Sicherheitselement 50 daher ein gegenüber dem homogenen Farbeindruck der Druckschicht 22 verändertes Erscheinungsbild, das durch das Erscheinungsbild des Substrats 52 gegeben ist. Ist das Substrat 52 ein unbeschichtetes Papiersubstrat, wie etwa bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2, so erscheint der Teilbereich 54 papierweiß, bei Ver- wendung anderer oder beschichteter Substrate kann sich auch ein anderer visueller Eindruck ergeben.
Fig. 5(a) zeigt ebenfalls eine Aufsicht auf ein Sicherheitselement 50 mit einem Substrat 52 und der einfarbigen lasersensitiven Druckschicht 22 von Fig. 4(a), und Fig. 5(b) zeigt einen Querschnitt entlang der Linie B-B, also entlang einer der Drucklinien 24 von Fig. 5(a). Die Druckschicht 22 mit den Drucklinien 24 wurde in einem Teilbereich 56, im Ausführungsbeispiel in Form des Buchstabens„B", mit Laserstrahlung der Laserquelle 32 im Pulsbetrieb bei solchermaßen gewählten Laserparametern beaufschlagt, dass in dem Teilbe- reich 56 die laserabsorbierende Gemischkomponente 23 teilweise aus der Druckschicht 22 entfernt wurde, die nicht absorbierenden Farbbestandteile 25 dagegen vollständig in der Druckschicht 22 verbleiben, ohne dabei das Substrat 52 in den Zwischenräumen 24' zwischen den Drucklinien 24 zu verändern. Im Teilbereich 56 zeigt das Sicherheitselement 50 daher gegenüber dem Ausgangs-Erscheinungsbild eine Aufhellung, beispielsweise einen homogenen hellblauen Farbeindruck.
Es versteht sich, dass je nach den verwendeten Laserparametern durch Wahl des entfernten Anteils der laserabsorbierenden Gemischkomponente 23 unterschiedlich starke Aufhellungen erzeugt werden können. Verschieden starke Aufhellungen können dabei in einer Druckschicht 22 eines Sicherheitselements kombiniert werden. Beispielsweise können in einem ersten Teilbereich 30 % der vorhandenen laserabsorbierenden Gemischkomponente 23, in einem zweiten Teilbereich 60 % der vorhandenen laser absorbierenden Gemischkomponente 23 und in einem dritten Teilbereich 90 % der vorhandenen laserabsorbierenden Gemischkomponente 23 entfernt und dadurch verschiedene Aufhellungsstufen erzeugt werden. Fig. 6 zeigt eine weitere Modifikationsmöglichkeit, die neben der Druckschicht 22 auch das Substrat 52 erfasst. Zur Verdeutlichung ist in Fig. 6(a) der Randbereich zwischen der Druckschicht 22 und dem angrenzenden Außenbereich 60 außerhalb der Druckschicht 22 dargestellt. Fig. 6(b) zeigt einen Querschnitt des Sicherheitselements 50 entlang der Linie B-B von (a) entlang einer der Drucklinien 24 und Fig. 6(c) zeigt einen Querschnitt entlang der Linie C-C von (a), der in einem Zwischenraum 24' zwischen zwei Drucklinien 24 verläuft. Der lasermodifizierte Teilbereich ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 6, anders als bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 4 und 5, nicht flächig ausgedehnt, sondern besteht in der Umrissform des Buchsta- bens„C".
Zur Markierung wird gepulste Laserstrahlung der Laserquelle 32 mit mittlerer Pulsspitzenleistung eingesetzt, beispielsweise mit einer Öffnungszeit des Güteschalters von 5 μ8 bei 50 kHz Pulsfrequenz, einer mittleren Intensität, erzeugt beispielsweise durch eine Strahlbreite von 0,6 mm und einer mittleren Linienenergie, beispielsweise erzeugt durch eine Markierungsgeschwindigkeit von 6 m/s. Wie am besten in Fig. 6(b) zu erkennen, wird durch die Einwirkung der Laserstrahlung die laserabsorbierende Gemischkomponente 23 teilweise aus der Druckschicht 22 bzw. den Drucklinien 24 entfernt, so dass sich dort, ähnlich wie bei der Ausgestaltung der Fig. 5, eine Aufhellung 58 ergibt. Im außerhalb der Druckschicht 22 liegenden Außenbereich 60 führt die Einwir- kung der Laserstrahlung bei den gewählten Laser parametern zu einer
Schwärzung 62 des Substrats. Wie in Fig. 6(c) illustriert, ergibt sich der gleiche Schwärzungseffekt in den Zwischenräumen 24' zwischen den Drucklinien 24, in denen die Laserstrahlung ebenfalls direkt auf das Substrat trifft. Während somit im Außenbereich 60 eine gleichförmige Schwärzung in Form der rechten Hälfte des Buchstabens„C" vorliegt, ergibt sich das Erscheinungsbild der linken Hälfte des Buchstabens„C" im Bereich der Druckschicht 22 durch eine Überlagerung der alternierenden Aufhellungen 58 der Drucklinien 24 und der geschwärzten Bereiche 62 in den Zwischenräumen 24'. Wegen der kleinen Rasterweite der Drucklinien 24 sind die Aufhellungen 58 und die geschwärzten Bereiche 62 mit bloßem Auge nicht separat erkennbar, sondern ergänzen sich für den Betrachter zu einem homogenen Gesamteindruck. Durch die zusätzlich vorliegenden geschwärzten Bereiche 62 ist das Ziel-Erscheinungsbild der Druckschicht 22 bei dieser Variante dunkler als bei der in Zusammenhang mit Fig. 5 beschriebenen reinen Aufhellung der Druckschicht 22.
Auch die Modifikationsmöglichkeit der Fig. 7 bezieht das Substrat 52 mit ein. Analog zur Darstellung der Fig. 6 zeigt Fig. 7(a) eine Aufsicht auf den Randbereich von Druckschicht 22 und Außenbereich 60, Fig. 7(b) zeigt einen Querschnitt des Sicherheitselements 50 entlang der Linie B-B von (a) entlang einer der Drucklinien 24 und Fig. 7(c) zeigt einen Querschnitt entlang der Linie C-C von (a) in einem Zwischenraum 24' zwischen zwei Drucklinien 24. Der lasermodifizierte Teilbereich besteht im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 in der Umrissform des Buchstabens„D".
Zur Markierung wird gepulste Laserstrahlung der Laserquelle 32 mit, verglichen mit den Laserparametern der Fig. 6, höherer Pulsspitzenleistung einge- setzt, beispielsweise mit einer Öffnungszeit des Güteschalters von 3 μβ bei 30 kHz Pulsfrequenz, einer höheren Intensität, erzeugt beispielsweise durch eine Strahlbreite von 0,4 mm und einer höheren Linienenergie, beispielsweise erzeugt durch eine Markierungsgeschwindigkeit von 3 m/s. Wie in den Figuren 7(b) und 7(c) dargestellt, führt die Einwirkung der Laserstrahlung bei den gewählten Laserparametern zu einer Schwärzung und zusätzlich zu einer Aufschäumung 64 des Substrats. Dieser Effekt ergibt sich sowohl im Bereich der Zwischenräume 24', wie in Fig. 7(c) gezeigt, als auch im Bereich der Drucklinien 24, die durch die Laserstrahlung vollständig ab- getragen werden und wo zusätzlich das darunterliegende Substrat geschwärzt und aufgeschäumt wird.
Auf diese Weise ergibt sich ein geschwärzter und aufgeschäumter Bereich 64 in Form des Buchstabens„D", der gleichermaßen den Bereich der Druck- schicht 22 und den Außenbereich 60 erfasst und der neben dem visuellen Eindruck der Schwärzung durch die Aufschäumurig des Substrats auch ein taktil erfassbares Echtheitsmerkmal bereitstellt. Bei einer Abwandlung der Gestaltung der Fig. 7 führt die Einwirkung der Laserstrahlung in der Druckschicht 22 nur zu einer Aufhellung 58, während im Außenbereich 60 ein geschwärzter und aufgeschäumter Bereich 64 entsteht.
In einigen Gestaltungen kann ein visuell ansprechendes Erscheinungsbild hoher Fälschungssicherheit durch Beaufschlagung des ersten und/ oder zweiten Teilbereichs mit Laserstrahlung im Pulsbetrieb erreicht werden. Fig. 8(a) zeigt zur Illustration des zugrunde liegenden Prinzips eine Aufsicht auf ein Verbundsubstrat 70, das als lasersensitive Aufzeichnungsschicht eine im Offsetverfahren aufbrachte Farbschicht 72 trägt, deren Rußanteil im Ausführungsbeispiel bei etwa 25 % liegt. Die Farbschicht 72 wurde mit Laserstrahlung im Pulsbetrieb beaufschlagt, wobei jeder Laserpuls durch die Wechselwirkung mit der rußhaltigen Farbschicht einen Markierungsflecken 74 erzeugt. Die Markierungsflecken 74 sind dabei räumlich inhomogen und zeigen ein im Wesentlichen ringförmiges Erscheinungsbild. Dabei treten insbesondere die Ränder 76 der Markierungsflecken deutlich in Erscheinung, ohne dass das Zustandekommen dieses Effekts bisher im Detail verstanden ist.
Werden die Pulsfrequenz und die Scangeschwindigkeit der Laserstrahlung geeignet aufeinander eingestellt, so überlappen die einzelnen Markierungsflecken 74, können wegen der hervortretenden Ränder 76 jedoch bei Betrachtung mit einer Lupe oder dergleichen ohne Weiteres visuell voneinander getrennt werden. Da die Ränder der Markierungsflecken 74 auch bei den überlappenden Flecken klar hervortreten und später erzeugte Markierungsflecken 74 früher erzeugte Flecken teilweise überdecken, kann aus der Überlappungsrichtung der Markierungsflecken zudem auf die Reihenfolge und die Richtung 78 geschlossen werden, in der die Markierungsflecken 74 nacheinander erzeugt wurden.
Figur 8(b) zeigt als komplexeres Motiv 80 eines Sicherheitselements die Zif- fer "7", die beispielsweise Bestandteil einer durch Laserstrahlung in die Aufzeichnungsschicht 72 der Fig. 8(a) eingeschriebenen Seriennummer sein kann. Dabei wurde zunächst in einem ersten Teilbereich 82 mit Laserstrahlung im Pulsbetrieb mit ersten Laserparametern eine Vielzahl von Markierungsflecken 74 erzeugt, die entlang des Umrisses des Motivs 80 angeordnet sind. Anschließend wurde mit zweiten Laserparametern die Auf Zeichnungsschicht 72 im inneren Bereich des Motivs (zweiter Teilbereich 84) vollständig abgetragen, ohne dabei allerdings das Substrat 70 selbst zu verändern.
Wie aus Fig. 8(b) ersichtlich und durch die Pfeile 86 angezeigt, kann aus der Überlappungsrichtung der Markierungsflecken 74 auf die Reihenfolge und Richtung geschlossen werden, in der die Markierungsflecken 74 erzeugt wurden.
Neben dem ansprechenden, mit einer Substruktur versehenen visuellen Er- scheinungsbild, das durch die überlappenden Markierungsflecken 74 und deren Ränder 76 entsteht, weist das mit dem Motiv 80 versehene Sicherheitselement auch eine erhöhte Fälschungssicherheit auf, da durch die Reihenfolge, die Richtung und den Abstand der Markierungsflecken 74 im Sicherheitselement zusätzliche Informationen codiert sind, die für einen potentiellen Fälscher nur schwer nachzustellen sind. Bezugszeichenliste
10 Banknote
12 Sicherheitselement
14 Hintergrund
16 Buchstabenfolge
18 ornamentales Linienmuster
20 Papiersubstrat
22 Druckschicht
23 laserabsorbierende Gemischkomponente
24 Drucklinien
24' Zwischenräume
25 nicht absorbierende Farbbestandteile
26,28 Teilbereiche
30 Laserbeschrifter
32 Laserquelle
34 Steuergerät
36 Laserstrahl
38 Spiegel
40 Planfeldlinse
42 Fokusshifter
50 Sicherheitselement
52 Substrat
54, 56 Teilbereiche
58 Aufhellung
60 Außenbereich
62 Schwärzung
64 Aufschäumung
70 Verbundsubstrat 72 lasersensitive Farbschicht
74 Markierungsflecken
76 Ränder der Markierungsflecken
78 Richtung der Erzeugung
80 Motiv
82 erster Teilbereich
84 zweiter Teilbereich
86 Richtung der Erzeugung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements für Sicher heits- papiere, Wertdokumente und andere Datenträger, bei dem ein Substrat zumindest bereichsweise mit einer lasersensitiven Aufzeichnungsschicht versehen wird, die ein visuelles Ausgangs-Erscheinungsbild aufweist, und die aus einem Farbgemisch besteht, das zumindest eine laserabsorbierende Gemischkomponente aufweist, die lasersensitive Aufzeichnungsschicht in einem ersten Teilbereich mit einer ersten Laserstrahlung mit ersten Laserparametern beaufschlagt wird, um dort ein gegenüber dem Ausgangs-Erscheinungsbild verändertes, erstes Ziel-Erscheinungsbild zu erzeugen, die lasersensitive Aufzeichnungsschicht in einem zweiten Teilbereich mit einer zweiten Laserstrahlung mit zweiten, unterschiedlichen Laserparametern beaufschlagt wird, um dort ein gegenüber dem Ausgangs- Erscheinungsbild verändertes und sich vom ersten Ziel-Erscheinungsbild unterscheidendes zweites Ziel-Erscheinungsbild zu erzeugen, wobei die erste und zweite Laserstrahlung mit nur einer Laserquelle und nur einer Abbildungsoptik erzeugt werden, und der erste und zweite Teilbereich dadurch im Passer zueinander erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Teilbereiche einen Rahmen für den anderen Teilbereich bildet, oder dass sich der erste und zweite Teilbereich zu einem Gesamtmotiv ergänzen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangs-Erscheinungsbild der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht in einem homogenen Farbeindruck besteht.
4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lasersensitive Aufzeichnungsschicht durch die erste oder zweite Laserstrahlung vollständig abgetragen wird, und dass das erste Ziel-Erscheinungsbild oder zweite Ziel-Erscheinungsbild in dem Erscheinungsbild des Substrats besteht.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die erste oder zweite Laserstrahlung zumindest eine laserabsorbierende Gemischkomponente zumindest teilweise aus der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht entfernt wird, und dass das erste Ziel- Erscheinungsbild oder zweite Ziel-Erscheinungsbild insbesondere in einer Aufhellung des homogenen Farbeindrucks der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht besteht.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lasersensitive Aufzeichnungsschicht rasterförmig, insbesondere in Form eines Linien-, Punkt- oder Kreuzrasters, aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die erste oder zweite Laserstrahlung das Substrat in Zwischenräumen zwischen den Rasterelementen der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht geschwärzt und/ oder aufgeschäumt wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat nur bereichsweise mit der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht versehen wird, dass mit der ersten bzw. zweiten Laserstrahlung neben der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht auch das Sub- strat in einem Außenbereich der Aufzeichnungsschicht beaufschlagt wird, und dass das Substrat in dem Außenbereich durch die Einwirkung der Laserstrahlung geschwärzt und/ oder aufgeschäumt wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass die lasersensitive Aufzeichnungsschicht in drei oder mehr Teilbereichen mit Laserstrahlung mit unterschiedlichen Laserparametern beaufschlagt wird, um dort jeweils ein unterschiedliches und gegenüber dem Ausgangs-Erscheinungsbild verändertes Ziel-Erscheinungsbild zu erzeugen, wobei die Laserstrahlung zur Beaufschlagung der drei oder mehr Teilbereiche mit nur einer Laserquelle und nur einer Abbildungsoptik erzeugt wird.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung des ersten und/ oder zweiten Teilbe- reichs mit Laserstrahlung im Pulsbetrieb durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einer der Beaufschlagungen mit Laserstrahlung im Pulsbetrieb durch die einzelnen Laserpulse Markierungsflecken in der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht erzeugt werden, die visuell voneinander getrennt werden können.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einer der Beaufschlagungen mit Laserstrahlung im Pulsbe- trieb räumlich inhomogene Markierungsflecken mit einem im Wesentlichen kreis- und/ oder ringförmigen Erscheinungsbild erzeugt werden, wobei bevorzugt die Ränder der Markierungsflecken deutlich in Erscheinung treten.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsflecken zumindest in Teilbereichen überlappend erzeugt werden, so dass die Überlappungsrichtung der Markierungsflecken die Reihenfolge und Richtung der Beaufschlagung mit den Laserpulsen anzeigt.
14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbeaufschlagung mit einem Infrarotlaser im Wellenlängenbereich von 0,8 μιη bis 3 μιη, insbesondere einem Nd:Y AG- Laser oder einem Nd:YV04-Laser, durchgeführt wird.
15. Sicherheitselement zur Absicherung von Sicherheitspapieren, Wertdokumenten und anderen Datenträgern, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einem Substrat, das zumindest bereichsweise mit einer lasersensitiven Auf zeichnungsschicht versehen ist, die ein visuelles Ausgangs-Erscheinungsbild aufweist, und die aus einem Farbgemisch besteht, das zumindest eine laserabsorbierende Gemischkomponente aufweist, wobei in einem ersten Teilbereich der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht durch Einwirkung einer ersten Laserstrahlung mit ersten Laserparametern ein gegenüber dem Ausgangs-Erscheinungsbild verändertes, erstes Ziel-Erscheinungsbild erzeugt ist, in einem zweiten Teilbereich der lasersensitiven Auf Zeichnungsschicht durch Einwirkung einer zweiten Laserstrahlung mit zweiten, unterschiedlichen Laserparametern ein gegenüber dem Ausgangs-Erscheinungsbild verändertes und sich vom ersten Ziel-Erscheinungsbild un- terscheidendes zweites Ziel-Erscheinungsbild erzeugt ist, und der erste und zweite Teilbereich im Passer zueinander stehen.
16. Sicherheitselement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Teilbereiche einen Rahmen für den anderen Teilbereich bildet, oder dass sich der erste und zweite Teilbereich zu einem Gesamtmotiv ergänzen.
17. Sicherheitselement nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat nur bereichsweise mit der lasersensitiven Aufzeich- nungsschicht versehen ist, und dass das Substrat in einem Außenbereich der Aufzeichnungsschicht durch Einwirkung von Laserstrahlung im Passer mit dem ersten oder zweiten Teilbereich geschwärzt und/ oder aufgeschäumt ist.
18. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die lasersensitive Aufzeichnungsschicht ras- terförmig, insbesondere in Form eines Linien-, Punkt- oder Kreuzrasters, aufgebracht ist und/ oder dass die lasersensitive Auf Zeichnungsschicht durch eine Druckschicht, vorzugsweise eine einfarbige Druckschicht, gebildet ist.
19. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die lasersensitive Auf zeichnungsschicht im ersten und/ oder zweiten Teilbereich eine Vielzahl von durch einzelne La- serpulse erzeugten Markierungsflecken aufweist, die visuell voneinander getrennt werden können.
20. Sicherheitselement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsflecken räumlich inhomogen mit einem im Wesentlichen kreis- und/ oder ringförmigen Erscheinungsbild sind, wobei bevorzugt die Ränder der Markierungsflecken deutlich in Erscheinung treten.
21. Sicherheitselement nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsflecken zumindest in Teilbereichen überlappen, wobei die Überlappungsrichtung der Markierungsflecken die Reihenfolge und Richtung der Beaufschlagung mit den Laserpulsen anzeigt.
22. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Polymersubstrat oder Verbundsubstrat ist, letzteres vorzugsweise mit einer Schichtenfolge Folie/ Papier/ Folie oder Papier/ Folie/ Papier.
23. Datenträger, insbesondere Sicherheitspapier oder Wertdokument mit einem Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 22.
24. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit
Mitteln zum Aufbringen einer lasersensitiven Aufzeichnungsschicht auf ein Substrat, einer Laserquelle, die mit unterschiedlichen Laserparametern, insbesondere sowohl im Dauerstrichbetrieb als auch im Pulsbetrieb betreibbar ist, - einer Scanoptik zum Beaufschlagen des mit der lasersensitiven Aufzeichnungsschicht versehenen Substrats mit Laserstrahlung der Laserquelle, und einem Steuergerät zum Ansteuern der Laserquelle und der Scanoptik, um die lasersensitive Auf Zeichnungsschicht mit Laserstrahlung der Laserquelle mit unterschiedlichen Laserparametern, insbesondere sowohl mit Laserstrahlung der Laserquelle im Dauerstrichbetrieb als auch mit Laserstrahlung der Laserquelle im Pulsbetrieb zu beaufschlagen.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die
Laserquelle ein Infrarotlaser im Wellenlängenbereich von 0,8 μπι bis 3 μπι, insbesondere ein Nd:YAG-Laser oder Nd:YV04-Laser, ist.
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