EP3781408A1 - Smartphone verifizierbares, leuchtstoffbasiertes sicherheitsmerkmal und anordnung zur verifizierung - Google Patents

Smartphone verifizierbares, leuchtstoffbasiertes sicherheitsmerkmal und anordnung zur verifizierung

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EP3781408A1
EP3781408A1 EP19722000.7A EP19722000A EP3781408A1 EP 3781408 A1 EP3781408 A1 EP 3781408A1 EP 19722000 A EP19722000 A EP 19722000A EP 3781408 A1 EP3781408 A1 EP 3781408A1
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EP
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phosphor
security feature
smartphone
emission
security
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EP19722000.7A
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Detlef Starick
Manfred Paeschke
Lazar KULIKOVSKY
Thomas JÜSTEL
Beata MALYSA
Viktor Anselm
Guido HAUßMANN
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Bundesdruckerei GmbH
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Bundesdruckerei GmbH
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Publication date
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    • G07D7/20—Testing patterns thereon
    • G07D7/202—Testing patterns thereon using pattern matching
    • G07D7/205—Matching spectral properties

Definitions

  • the present invention relates to a security feature with a phosphor that can be verified with the aid of a commercially available smartphone.
  • the invention also relates to an arrangement for verifying a security document with such a security feature.
  • Presence can be detected by the excitable with simple handsets (UV or IR radiation sources) and usually taking place in the visible spectral emission of the phosphors. In addition, they serve the copy protection.
  • luminescent security features equipped with particularly high counterfeit security are also used as machine-readable level 3 features. The authenticity verification of such features is usually associated with a high technical complexity.
  • the photochromic security feature shows a change in color and / or a change in shape under the effect of a flashlight excitation. It is further described that the security feature is based on a retinal protein.
  • an identification feature with at least two identification elements arranged in a defined limited area for the identification of an object is known. After irradiating the surface with visible light, a first identification element consisting of ink or ink is visually visible and a second identification element is not visually visible.
  • a light generating device for example, an LED flash unit
  • an image recording device for example, a digital camera of a mobile communication device
  • WO 2013/034603 A1 describes a method for verifi cation of a security document with a security feature in the form of a fluorescent printing element.
  • the method provides that the pressure element by means of a light source is excited and it emits an electro-magnetic radiation as a result of this excitation, which can be detected in a further step by means of a sensor. By comparing with given data, the collected data is evaluated. The verification result is given in a further step depending on the result of the comparison.
  • the method should be performed with a smartphone, wherein the flash module of the smartphone as excitation source and the photo sensor of the camera of the smart phone come as a detection unit for use.
  • phosphors for the pigment-like fluorescent printing element inorganic phosphors are called, namely nitride phosphors; Europium-doped alkaline earth orthosilicate and alkaline earth oxyorthosilicate phosphors; Cerium-doped rare earth-metal-gallium-garnet phosphors; red light emitting (Ca, Sr) S: Eu 2+ ; and green emitting SrGa 2 S 4 : Eu 2+ .
  • the proposed phosphors are extremely fast decaying so-called LED conversion phosphors.
  • a second problem results from the fact that the designated in the art for use as security features phosphors usually have just as short decay times in the ns to ys range, as applicable for the reasons mentioned for the flash LED are. If flashed by a smartphone, the emissions from the security feature are either completely superimposed by the flash, or they have already faded before being captured.
  • the invention is to provide an arrangement for verifying such a security feature.
  • the object is achieved by a verifiable with a smartphone, fluorescent-based safety feature according to the appended claim 1 and by an arrangement for verification of such a security feature according to the attached independent claim 11th
  • a general solution to the mentioned object, which the invention implements, consists first of all in the fact that a security feature is equipped with a specific phosphor which avoids the problems described above.
  • This phosphor must be configured so that it is on the one hand with a light source of a smartphone or a similar mobile computing device, ie in particular a flash LED of a smartphone, excitable. At the same time, the phosphor must be one
  • the invention provides a reliably evaluable security feature which allows exclusive luminescence properties such as the spectral emission and
  • the invention provides a Level-3 feature or at least one Level-2 + functionality feature, as disclosed in U.S. Patent Nos. 4,666,866 and 5,200,264
  • Security and value documents can be used for authenticity verification. Such features are invisible to the human eye as a rule, for example, even after excitation with UV or IR light sources.
  • Expense for example, with the help of high speed sorting machines to be tested.
  • the present invention makes it possible for the first time to verify the authenticity of such exclusive features with the aid of commercially available smartphones.
  • the security feature according to the invention can be applied to or in a value or security document and comprises a phosphor which can be excited to luminescence with an electromagnetic radiation of predetermined wavelength, as can be generated by a lighting unit of a smartphone, whereupon the phosphor is one of the Camera device of a smartphone emitted detectable radiation.
  • the emission of the phosphor has a decay time in the ms range.
  • the cooldowns in the range between 1 to 100 ms, more preferably in the range between 5 to 50 ms, more preferably selected between 10 and 30 ms.
  • the decay process basically characterizes the time-dependent decrease in the intensity of the radiation emitted by a luminous substance.
  • the decay curve can often use a simple exponential equation of the form
  • luminescent substances have a mono-exponential decay. Rather, multi ⁇ exponential resulting from the superposition under Kunststoffaji relaxation processes, if appropriate (for example, bi- or triexponential) decay curves.
  • Such phosphors are characterized by a high absorption strength at 450 nm, a high luminescence intensity and efficient energy transfer between the ⁇ Ce 3+ and Mn 2+ ions.
  • the phosphor having the formula:
  • Ce 3+ ions are preferably incorporated onto Ca 2+ and the Mn 2+ ions are preferably incorporated on Sc 3+ lattice positions.
  • the phosphor by the following
  • Camera modules of standard smartphones can be detected.
  • the emission spectra of the phosphors according to the invention consist of three bands each, the direct luminescence of the Ce 3+ activator ions (band with an X max of about 505 nm), as well as on the Ce 3+ - Mn 2+ energy transfer enabled emissions of the different lattice sites
  • Mn 2+ coactivators can be assigned.
  • the maxima of the latter emission bands are approximately at 570 nm (Mn 2+ on Ca 2+ space) and at around 700 nm (Mn 2+ on Sc 3+ space).
  • the relative intensities of the different emission bands can be determined by the concentrations of the activator and coactivator ions as well as by the respective concentration levels. Ratios are varied and adjusted. In addition, the individual emissions have different spectral decay times. While the decay time of the Ce 3+ emission allowed by quantum mechanics is in the nanosecond range, cooldowns in the two Mn 2+ emission bands resulting from quantum-mechanically forbidden optical transitions are reduced
  • Characteristic overlays have no mono-exponential decay curves. Characteristic are bi- or triexponential decay curves.
  • Ca3Sc2Si30i2 Ce 3+ , Mn 2+ phosphors included.
  • these phosphors for use in luminescent security features whose presence and authenticity can be verified with the help of standard smartphones recommend.
  • the named luminaires Substances in the ultraviolet spectral range are practically non-excitable and, secondly, the body color of the corresponding luminescent pigments is such that it easily adapts to the color designs of the security and value documents to be protected (banknotes, identity cards, passports, driver's licenses, etc.).
  • the table contains information on the measured maxima of the respective emission bands and on the decay times.
  • the phosphors listed are essentially Ce 3+ - and Mn 2+ - codoped silicate garnets or
  • Germanate garnets to activate with Mn 2+ ions and, if appropriate, additionally with certain rare earth ions (Ce 3+ , Eu 2+ , Dy 3+ ) co-activated complex silicate or phosphatic
  • Phosphor mixtures are used, the individual, preferably exclusive components have different and sensory distinguishable cooldowns. Also in this case results in an increase in the security against forgery of the security features of the invention.
  • the phosphor has a cooldown in a one-digit or two-digit ms range, so that the
  • Emission of the phosphor with an image capture unit, in particular with a camera of a smartphone can be detected.
  • Currently known smartphone cameras have a frame rate in the range of 240 fps (frames per second) up to 960 fps. Higher frame rates are conceivable especially in future devices, which is the use of the invention described here but does not conflict.
  • the smartphone camera records a first image after about 4.2 ms or, in exceptional cases, after 1 ms.
  • the frame rate of the image sensor used determines a lower limit for the
  • the security feature in terms of the realization of a particularly high level of security is not to be recognized by the human eye
  • an upper limit is given by the physiology of human vision.
  • the decay time of the luminescent substance in this case should be less than 1 s, since a luminescent of the phosphor, which lasts longer than 1 s from the human normal observer can be perceived.
  • the phosphor is a Ce 3+ or Mn 2+ co-doped silicate garnet phosphor.
  • the stationary luminescence of the phosphor has excitation with the light of white emitting LED, preferably at a maximum wavelength of 450 nm, a broadband emission spectrum with multiple emission maxima in the visible spectral range. These maxima are around
  • the spectral decay times of the different emission bands are in the order listed in the ns, in the single-digit or in the two-digit ms range.
  • the decay time of the phosphor of the security feature is in the range of 1 ms to 50 ms.
  • a phosphor of the security feature is preferably in the range of 1 ms to 50 ms.
  • the phosphor is configured so that it can be excited in the visible spectral range, in particular in the blue spectral range, so that the flash light source of the smart phone can deliver this excitation radiation. Furthermore, the phosphor is configured to be visible
  • the phosphor is configured so that its
  • the white light of a lighting unit of a smartphone is generated by an LED which consists of an LED semiconductor chip emitting, for example, at approximately 450 nm and one or more LED conversion phosphors placed above the LED semiconductor chip. These conversion luminescent substances are able to convert the emission of the blue LED proportionally into longer-wavelength visible luminescence radiation (broadband emissions in the green, yellow and red spectral range) with an emission maximum of, for example, about 560 nm.
  • the white light of the LED which is available as a lighting unit for conventional smartphones, results from the additive color mixing of the individual described
  • Luminescence components wherein the blue spectral component has the much higher intensity.
  • usable phosphor must preferably be configured so that it has a high efficiency of the spectral excitability, in particular in the range between 420 nm to 470 nm.
  • the maximum of the spectral excitability of the phosphor is about 450 nm.
  • the smartphone camera is available as image capture unit.
  • the image capture unit is equipped with a CMOS sensor and an IR filter. She has one
  • Spectral sensitivity which covers the entire visible spectral range to about 750 nm.
  • the mobile terminal used according to the invention for the verification of the security feature is preferably a conventional smartphone. It is understood by those skilled in the art that the same functionality can also be integrated into a tablet or a similar multifunctional data processing device, for which it must be equipped with a camera with image capture unit and / or lighting unit and a data processing unit. Such devices having the same effect should also be included in the invention.
  • the data processing unit is preferably a processor, in particular a microprocessor.
  • the phosphor in the security feature is so
  • the phosphor pigments are preferably applied as a defined pattern on a support.
  • the pattern may be arranged as a shape, for example a triangle or a star.
  • the security feature pattern formed by the phosphor itself may contain data and be arranged as a code, such as a QR code.
  • the luminescent pigments are printed as a security feature, for example on a security document. The printing or application can with
  • the phosphor can be applied to the security document by coating methods or lamination methods or introduced into the security document.
  • the particle size distribution of the luminescent pigments is preferably adapted to the respective printing and application method.
  • the security feature in particular the phosphor, preferably has a high processing stability.
  • the phosphor has a high thermal and mechanical stability.
  • the phosphor preferably has a high aging resistance to environmental influences. Stability and aging resistance are required to ensure secure verifiability of the security feature throughout the lifecycle of the security document.
  • Luminescence characteristics of the phosphor can be excited by means of a smartphone flash light and its emission can be detected by the smartphone camera, resulting in a simple, fast and user-friendly verification of the security feature.
  • An authenticity check and / or integrity check can be carried out. It has proven to be advantageous to select for the provision of the security feature a special phosphor with cooldowns in the ms range, the luminescence signals are still safe to measure even after completion of the excitation process.
  • the verification advantageously does not exclusively refer to the proof of the presence of the security feature; it also includes the emissions as authenticity criteria
  • Another advantage of the security feature is that it can not be visually perceived by humans.
  • the arrangement according to the invention comprises a security feature according to the invention in one of the previously described
  • the arrangement comprises a smartphone, which comprises a lighting unit, an image acquisition unit and a data processing unit.
  • an advantageous approach to be able to reliably measure the decaying luminescence of the phosphors after completion of the excitation processes is to use as a detection method, a combination of single flash and serial or video recordings, the duration of the series or Video recordings of the
  • the recording time is based on the cooldown of the
  • the emission intensity of the phosphor should be zero as it was before flashlamp excitation. Then, this frame can be used as a reference for calculating the image differences (Bi-R; B 2 -R;... B n -R).
  • the analysis of the image differences, the contrast adjustment to be made and the consideration and inclusion of further image analysis methods can be regarded as an essential prerequisite for detecting, with the help of the smartphone, not only the presence of a selected inventive phosphor, but at the same time as well to verify the spectral emission and the exclusive decay characteristic.
  • the device and the security document are chosen to be less than the shaft adjustment range of the smartphone; for the exception and verification of the diffuse luminescence signals no sharp images are needed.
  • the smartphone must be configured with an app in such a way that at least the following steps are carried out for the verification of the security feature:
  • the security feature is excited by means of the illumination unit of the smartphone, preferably by triggering a single flash of the LED flash module for luminescence, so that the security feature emits an electromagnetic radiation in the visible spectral range.
  • the decaying luminescence signals of the phosphor of the security feature according to the invention which occur after termination of the excitation, are detected parallel to the individual lightning excitation by means of the image acquisition unit, that is to say with the aid of the camera module of the smartphone.
  • the luminescence characteristics in the captured images are evaluated by means of the data processing unit and with reference data
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a security feature according to the invention on a security document in the form of a banknote
  • Fig. 2 is a schematic representation of components of an inventive arrangement for verification of
  • Fig. 3 is a schematic representation of the arrival and Abkling behavior of a phosphor of the security feature in flash excitation
  • Fig. 6 is an emission spectrum of excited at 450 nm
  • Fig. 8 shows a color shift over the entire visible
  • FIG. 9 shows emission spectra of the stationary photoluminescence of the phosphors excited at 450 nm in accordance with FIG. 9
  • the security feature 01 shows a security feature 01 according to the invention, which symbolizes on a value document, namely one shown security document 02 is applied in the form of a banknote.
  • the security feature is the authenticity proof of the security document 02.
  • the security feature 01 here has a star shape. It is positioned below a visible feature 03, in this case the face value of the banknote.
  • the security feature 01 consists of a means of the illumination unit of a smartphone before preferably in the blue spectral range in the ms range
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an arrangement for verifying the security feature 01, wherein the safety feature by means of a lighting unit 04 of an image pickup unit 06 of a mobile terminal, namely a smartphone 07, is excited to luminescence by the
  • Lighting unit 04 excitation light, in particular white LED flash 08 produced with a spectral maximum of about 450 nm.
  • the flash 08 has an intensity I A.
  • the phosphor of the security feature 01 emits a stationary electromagnetic radiation in the visible spectral range, which decays in the ms range after the end of the excitation.
  • the decaying emission I E of the phosphor is detected by a camera 09 of the image acquisition unit 06 of the smart phone 07 by triggering a serial or video recording.
  • the camera 09 operating as a detector detects an ambient radiation Io of the daylight or room light impinging on the security feature 01 and the banknote 02 and reflected there.
  • the influence of the ambient radiation Io can be kept low in the inventive method, that a distance d between the security feature 01 and the smartphone 07 is kept low. Due to the small distance d, which is preferably below the focal point Area of the image pickup unit 06 is located, the smartphone 07 shields the ambient radiation Io largely from. For the reliable verification of the diffuse luminescence signals of the security feature namely no sharp Jardinauf are needed.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the arrival
  • the diagram shows an emission curve 11 of the luminescence-stimulated security feature 01 along a time axis t. Furthermore, a flashlamp excitation curve 12 is plotted along the time axis.
  • the LED flash excitation curve 12 steeply rises, holds its level for a short time, and then drops to zero in the ns to ys range.
  • the emission curve 11 increases almost simultaneously with the flash light excitation curve 12. The emission of the phosphor 11 sounds after completion of the
  • Flash excitation 12 much slower than the exciting radiation of preferably with white emitting LED
  • the decay time of the phosphor is according to the invention in the ms- range.
  • FIG. 2 Below the time axis, individual images 13 of the security feature 01 captured by the detector 09 of the smartphone 07 (FIG. 2) are shown in FIG.
  • the image recordings 13 show the decaying emission intensity of the security feature 01 on the basis of the decreasing with time Hellig speed of the example used star pattern.
  • a reference image 14b After substantially complete decay of the emission of the luminous Stoffes can be detected as the last image of the recorded image sequence, a reference image 14b.
  • an additional reference image 14a start image can also be recorded before the activation of the excitation radiation (triggering of the flash).
  • a starting image 14a may already be available as an additional reference image prior to triggering the series or video recordings which are decisive for the detection of the decaying luminescence signals of the security feature
  • FIG. 4 shows in a simplified form the basic sequence of the verification of the security feature 01 using the arrangement shown in FIG. 3.
  • Positioning step 41 the secure document to be verified is positioned so that it can be reliably detected by the image capture unit of the smartphone.
  • the start image 14a of the security feature is generated even before the triggering of the flashlight excitation of the smartphone.
  • a detection step 43 with the aid of the image recording unit
  • the recorded image series and the reference images are compared by means of the data processing unit.
  • other methods of image processing such as for example the contrast adjustment and the histogram analysis the different color channels used in order in this way both the spectral emission and the exclusive decay characteristics of the invention
  • the used phosphor to verify By comparing the calculated parameters with the authenticity parameters of the security feature preferably stored in the data memory of the smartphone, the authenticity of the checked security document can be confirmed in a release step 45.
  • verification of the security feature on the security document can provide authenticity and security
  • Fig. 5 shows an excitation spectrum 121 of the 700 nm emission band of a phosphor according to embodiment 1.
  • this phosphor are 0.2822 g CaCCb, 0.5335 g SC2 (C2O4) 3 ⁇ 10, 723H 2 0, 0.1803 g SiC > 2, 0.0052 g Ce0 2 , and 0.0358 g MnC 2 04 -2H 2 0 completely homogenized by mortars with the addition of acetone. After evaporation of the solvent, the dry powder mixture is transferred to a corundum crucible.
  • the sample is first precalcined in a box furnace at 500 ° C for 2 h in an air atmosphere and then annealed in a furnace at 1400 ° C for 4 h in 5% H 2 /95% N 2 atmosphere. The resulting product is then sieved. This
  • Phosphorus has the formula (Ca 2, 82Ceo, 03Mn 0 , 15) (Se, 95 Mn 0, 05) S13O12.
  • the excitation spectrum makes it clear that the exemplary inventive phosphor has a maximum spectral excitability in the range from 440 to 450 nm.
  • FIG. 6 shows a corresponding emission spectrum 111 of the phosphor according to exemplary embodiment 1 at 450 nm excitation. It turns out that the above about the phosphor Z composition and the selected preparation conditions specifically
  • these bands can be the direct luminescence of the Ce 3+ activator ions (Ce 3+ on Ca 2+ site), as well as the emission of the Mn 2 positioned on the different lattice sites via the Ce 3+ - Mn 2+ energy transfer +
  • Fig. 7 shows the spectral decay curves of the individual
  • the curve 1311 is the decay curve for the
  • curve 1312 is the decay curve for the
  • curve 1313 is the decay curve for the 700 nm emission. It can be clearly seen that the spectral decay curves for the individual emissions
  • Figure 8 illustrates the color shift resulting when the evanescent luminescence is visible throughout
  • FIG. 8 initially shows a schematic representation of a CIE standard color block 15 of the CIE standard valence system.
  • the CIE standard system was 1931 defines a relationship between human color perception and the physical causes of the color stimulus, and typically captures the entirety of all perceptible colors, with color perception being that of a defined normal observer. Any color or any emission spectrum of a self-illuminator is governed by a single xy coordinate in the CIE standard
  • Phosphor according to embodiment 1 The described special decay behavior contributes to a high degree Exclusivity of Ca3Sc2Si30i2 invention: Ce 3+, Mn 2+ - with phosphor.
  • FIG. 9 shows the emission spectra 1123, 113 of the stationary photoluminescence of the phosphors excited at 450 nm according to embodiments 2 and 3.
  • the liquid is evaporated until the remaining gel ignites and a black foam is formed.
  • This foam is first dried at 150 ° C in a drying oven, then finely ground and transferred to a porcelain crucible. In a first heating step, the mixture is calcined for the purpose of decomposition of remaining organic constituents for 2 h at 1000 ° C in the air atmosphere of a chamber furnace. Subsequently, this is now a white body color
  • the resulting phosphor has the composition (Ca2, 89 sCeo, 03Mn 0 , 075) (Se, 9 75 Mh 0, 025) SZ3O12.
  • the curve 112 in FIG. 9 shows the emission spectrum of this phosphor.
  • the curve 132 denotes the decay curve for this preferably in the green
  • Si 3 0i 2 are 0.2747 g CaCCg, 0.1227 g Sc 2 C> 3, 0.1803 g Si0 2, 0.0130 g of Ce (NO3) 3 ⁇ 6H 2 0, 0.0537 g MnC 2 0 4 -2H 2 0 and 1.8170 g of tris (hydroxymethyl) aminomethane with Stir and heat in a mixture of 10 ml of nitric acid and 100 ml of water. The liquid is then evaporated until the resulting gel ignites. The resulting black foam is dried at 150 ° C in a drying oven, then finely mortared and transferred to a porcelain crucible. After a first
  • Decay curve is the curve 133 of FIG. 10 can be seen.
  • the two exemplary embodiments and the associated figures once again clearly show that the Ca3Sc 2 Si30i 2 : Ce 3+ , Mn 2+ phosphors are a particularly suitable class of phosphors for the formation of a security feature according to the invention.
  • Omposition by varying the fluorescent Z and the preparation conditions can be numerous exclusive phosphor compositions with different decay and distinguishable

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Smartphone-verifizierbares Sicherheitsmerkmal (01) mit einem Leuchtstoff, welcher durch eine von einem Smartphone erzeugte sichtbare elektromagnetische Strahlung zur Lumineszenz anregbar ist und nach Beendigung der Anregung über eine Abklingzeit im Bereich 1 ms bis 100 ms eine Emission zeigt, welche mittels einer Bilderfassungseinheit des Smartphones detektierbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Verifikation eines Sicherheitsdokuments (02), welches ein derartiges Sicherheitsmerkmal (01) umfasst.

Description

Smartphone verifizierbares, leuchtstoffbasiertes
Sicherheitsmerkmal und Anordnung zur Verifizierung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsmerkmal mit einem Leuchtstoff, dass mit der Hilfe eines handelsüblichen Smartphone verifiziert werden kann. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zur Verifizierung eines Sicherheits dokuments mit einem solchen Sicherheitsmerkmal.
Aus dem Stand der Technik ist es seit langem bekannt, mit lumineszierenden Substanzen (Leuchtstoffen) ausgestattete
Sicherheitsmerkmale zum Schutz und zum Echtheitsnachweis von Wert- und Sicherheitsdokumenten einzusetzen. Sie werden zumeist als sogenannte Level-2-Merkmale verwendet. Ihre
Anwesenheit kann über die mit einfachen Handgeräten (UV- oder IR- Strahlungsquellen) anregbare und zumeist im sichtbaren Spektralbereich erfolgende Emission der Leuchtstoffe nach gewiesen werden. Darüber hinaus dienen sie dem Kopierschutz. Andererseits finden mit besonders hoher Fälschungssicherheit ausgestattete lumineszierende Sicherheitsmerkmale aber auch als maschinell auslesbare Level-3-Merkmale Anwendung. Die Echtheitsverifikation derartiger Merkmale ist in der Regel mit einem hohen technischen Aufwand verbunden.
Sowohl im Bereich der Sicherheits- und Wertdokumente als auch im Bereich des Produktschutzes gibt es ein zunehmendes
Interesse an der Anwendung von Echtheitsmerkmalen, die eine hohe Sicherheitsstufe (Level-2+- bzw. Level-3-Charakteristik) aufweisen, sich aber mit geringem technischen Aufwand prüfen lassen .
So ist aus der WO 2012/083469 Al eine Vorrichtung zur
Authentifizierung von mit fotochromen Systemen markierten Dokumenten bekannt. Das fotochrome Sicherheitsmerkmal zeigt unter Einwirkung einer Blitzlichtanregung eine Farbänderung und/oder eine Formänderung. Es wird weiterhin beschrieben, dass das Sicherheitsmerkmal auf Basis eines Retinalproteins ausgebildet ist.
Aus der DE 10 2015 219 395 Al ist ein Identifikationsmerkmal mit mindestens zwei in einer definiert begrenzten Fläche angeordneten Identifikationselementen zur Identifikation eines Gegenstandes bekannt. Nach dem Bestrahlen der Fläche mit sichtbarem Licht wird ein erstes, aus Druckerfarbe oder Tinte bestehendes Identifikationselement visuell sichtbar und ein zweites Identifikationselement nicht visuell sichtbar.
Die WO 2013/034471 Al sowie die DE 10 2011 082 174 Al
beschreiben eine Vorrichtung zum Erkennen eines Dokuments, das ein Leuchtstoff basiertes Sicherheitsmerkmal mit so
bezeichneten Wellenlängen-Konversionseigenschaften aufweist. Dazu ist eine Lichterzeugungseinrichtung (beispielsweise eine LED- Blitzlichteinheit) vorgesehen, welche das Sicherheits merkmal mit Anregungslicht bestrahlt, sowie eine Bildaufnahme einrichtung (beispielsweise eine Digitalkamera eines mobilen Kommunikationsgerätes) , welche das vom Sicherheitsmerkmal emittierte Licht aufnehmen soll. Es hat sich aber gezeigt, dass die offenbarten Leuchtstoffe regelmäßig Abklingzeiten aufweisen, die eine Auswertung der Emission mit weit
verbreiteten Geräten, insbesondere eine Echtheitsprüfung mit der Hilfe handelsüblicher Smartphones nicht gestatten.
Die WO 2013/034603 Al beschreibt ein Verfahren zur Verifi kation eines Sicherheitsdokuments mit einem Sicherheitsmerkmal in Form eines fluoreszierenden Druckelements. Das Verfahren sieht vor, dass das Druckelement mittels einer Lichtquelle angeregt wird und es in Folge dieser Anregung eine elektro magnetische Strahlung emittiert, welche in einem weiteren Schritt mittels eines Sensors erfasst werden kann. Durch einen Vergleich mit vorgegebenen Daten, werden die erfassten Daten ausgewertet. Das Verifikationsergebnis wird in einem weiteren Schritt in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs aus gegeben. Insbesondere soll das Verfahren mit einem Smartphone ausgeführt werden, wobei das Blitzlichtmodul des Smartphones als Anregungsquelle und der Fotosensor der Kamera des Smart phones als Detektionseinheit zur Anwendung kommen. Als Leucht stoffe für das pigmentartige fluoreszierende Druckelement werden anorganische Leuchtstoffe genannt, nämlich nitridische Leuchtstoffe; Europium-dotierte Erdalkaliorthosilikat- und Erdalkalioxyorthosilikatleuchtstoffe ; Cer-dotierte Seltenerd- metall-Aluminium-Gallium-Granat-Leuchtstoffe ; rotes Licht emittierendes (Ca, Sr) S : Eu2+; und grünes Licht emittierendes SrGa2S4 : Eu2+ . Bei den vorgeschlagenen Leuchtstoffen handelt es sich um äußerst schnell abklingende sogenannte LED-Konver- sionsleuchtstoffe . Es hat sich aber gezeigt, dass es praktisch nicht möglich ist, die Lumineszenzsignale dieser schnell abklingenden Leuchtstoffe direkt während der Blitzlicht anregung sicher zu detektieren, weil die Lumineszenzsignale im Vergleich zum Anregungslicht eine viel zu geringe Intensität aufweisen und von dem intensitätsstarken anregenden Blitzlicht des Smartphones überdeckt werden.
Bei der praktischen Anwendung der im vorgenannten Stand der Technik beschriebenen Leuchtstoffe haben sich zwei bislang ungelöste Probleme gezeigt. Diese vorbekannten Leuchtstoffe werden regelmäßig als sogenannte Konversionsleuchtstoffe zur Herstellung weißer LED verwendet, sodass diese Leuchtstoffe regelmäßig auch als strahlungswandelnde Bestandteile in den Blitzlicht-LED der handelsüblichen Smartphones enthalten sind. Das bedeutet, dass die Anregungsstrahlung der als Anregungs quelle verwendeten Blitzlichteinheiten der Smartphones mit hoher Wahrscheinlichkeit dieselbe Lumineszenzsignale aufweist, wie sie von dem zu untersuchenden Sicherheitsmerkmal erwartet werden. Ein sicherer Echtheitsnachweis der mit derartigen Sicherheitsmerkmalen ausgestatteten Wert- und Sicherheits dokumente ist bereits aus diesem Grund ausgeschlossen.
Ein zweites Problem resultiert aus dem Umstand, dass die im Stand der Technik für die Verwendung als Sicherheitsmerkmale benannten Leuchtstoffe in aller Regel ebenso kurze Abkling zeiten im ns- bis ys-Bereich aufweisen, wie sie aus den genannten Gründen auch für die Blitzlicht-LED zutreffend sind. Bei einer Anregung mit dem Blitzlicht eines Smartphones werden die vom dem Sicherheitsmerkmal stammenden Emissionen entweder durch das Blitzlicht vollständig überlagert oder sie sind bereits abgeklungen, bevor die Bildaufnahme erfolgt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, ein verbessertes leuchtstoffbasiertes Sicherheitsmerkmal zur Verfügung zu stellen, welches allein mithilfe eines Smartphones oder eines vergleichbaren multi funktionalen, weit verbreiteten Datenverarbeitungsgerätes verifizierbar ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Anordnung zur Verifikation eines solchen Sicherheitsmerkmals bereitzustellen.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch ein mit einem Smartphone verifizierbares, leuchtstoffbasiertes Sicher heitsmerkmal gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch eine Anordnung zur Verifikation eines solchen Sicherheitsmerkmals gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 11. Ein allgemeiner Lösungsgedanke für die genannte Aufgaben stellung, den die Erfindung umsetzt, besteht zunächst darin, dass ein Sicherheitsmerkmal mit einem spezifischen Leuchtstoff ausgerüstet wird, der die oben beschriebenen Probleme umgeht. Dieser Leuchtstoff muss dazu derart konfiguriert sein, dass er einerseits mit einer Lichtquelle eines Smartphones bzw. eines gleichartigen mobilen Datenverarbeitungsgerätes, also ins besondere einer Blitzlicht-LED eines Smartphones, anregbar ist. Gleichzeitig muss der Leuchtstoff eine solche
Lumineszenzcharakteristik aufweisen, die es ermöglicht, die Lumineszenzsignale auch nach Beendigung des Anregungsprozesses noch mit hoher Sicherheit mit der Hilfe der Bilderfassungsein heit desselben Smartphones (mobilen Datenverarbeitungsgerätes) detektieren zu können. Dies erfordert neben einer hohen
Effizient der spektralen Anregbarkeit und einer hohen
Lumineszenzausbeute vor allem eine an die Ausnahmegeschwindig keit der Bilderfassungseinheit des Smartphones angepasste Abklingzeit des erfindungsgemäßen Leuchtstoffes.
Durch die Erfindung wird ein zuverlässig auswertbares Sicher heitsmerkmal bereitgestellt, welches es gestattet, exklusive Lumineszenzeigenschaften wie die spektrale Emissions-und
Abklingcharakteristik der zur Erstellung des Sicherheitsmerk mals verwendeten Spezialleuchtstoffe als Echtheitskriterien in die Prüfung einzubeziehen. Zudem ist es von großem Vorteil, dass die abklingenden Lumineszenzsignale des erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmals weder während noch nach Beendigung der Anregung für das menschliche Auge sichtbar sind. Es hat sich gezeigt, dass die Auswahlmöglichkeiten für die Bereitstellung geeigneter Leuchtstoffe für die Realisierung der aufgezeigten erfinderischen Lösung stark eingeschränkt sind. Dies trifft insbesondere auf die geforderte Abklingcharakteristik zu. Die Erfindung stellt ein Level-3-Merkmal oder zumindest ein Merkmal mit Level-2+ Funktionalität bereit, wie es in
Sicherheits- und Wertdokumenten zur Echtheitsverifizierung eingesetzt werden kann. Derartige Merkmale sind für das menschliche Auge in aller Regel, beispielsweise auch nach Anregung mit UV- oder IR-Lichtquellen unsichtbar. Ihre
Charakteristika können bisher nur mit hohem technischem
Aufwand, beispielsweise mit Hilfe von High Speed Sortier maschinen geprüft werden. Durch die vorliegende Erfindung wird erstmals eine Echtheitsprüfung solcher exklusiven Merkmale mit Hilfe handelsüblicher Smartphones ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Sicherheitsmerkmal kann auf oder in ein Wert- oder Sicherheitsdokument appliziert werden und umfasst einen Leuchtstoff, der mit einer elektromagnetischen Strahlung vorbestimmter Wellenlänge, wie sie von einer Beleuchtungs einheit eines Smartphones erzeugbar ist, zur Lumineszenz angeregt werden kann, woraufhin der Leuchtstoff eine von der Kameraeinrichtung eines Smartphones detektierbare Strahlung emittiert. Die Emission des Leuchtstoffes weist eine Abkling zeit im ms-Bereich auf. Bevorzugt sind die Abklingzeiten im Bereich zwischen 1 bis 100 ms, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 5 bis 50 ms, nochmals bevorzugt zwischen 10 und 30 ms ausgewählt .
Der Abklingvorgang (Abklingprozess) kennzeichnet grundsätzlich die zeitabhängige Abnahme der Intensität der von einem Leucht stoff emittierten Strahlung. Dabei kann die Abklingkurve häufig mit einer einfachen Exponentialgleichung der Form
I = Ioe_(t/T) beschrieben werden. Die darin enthaltene Abkling konstante T bezeichnet diejenige Zeitdauer bis zu der die Intensität der Emission nach dem Abschalten der Anregungs quelle 36,79 % (= 1/e-tel) der Ausgangsintensität abgefallen ist. Es hat sich allerdings erwiesen, dass nicht alle
lumineszierenden Substanzen ein monoexponentielles Abklingen aufweisen. Vielmehr resultieren aus der Überlagerung unter schiedlicher Relaxationsprozesse gegebenenfalls auch multi¬ exponentielle (beispielsweise bi- oder triexponentielle) Abklingkurven .
Als eine besonders geeignete Leuchtstoffklasse für das Sicher¬ heitsmerkmal haben sich Ce3+- und Mn2+- codotierte Silikat- Granat-Leuchtstoffe (CSS) erwiesen, die mit der Formel:
Ca3Sc2Si30i2 : Ce3+, Mn2+
beschrieben werden können. Derartige Leuchtstoffe zeichnen sich durch eine hohe Absorptionsstärke bei 450 nm, eine hohe Lumineszenzintensität und durch einen effizienten Energie¬ transfer zwischen den Ce3+ und den Mn2+ Ionen aus.
Gemäß einer alternativen Schreibweise kann der Leuchtstoff mit der Formel:
(Cai_x_Cex) 3 (Sci_zMnz) 2Si30i2
beschrieben werden, wobei auf der Grundlage der bekannten Ionenradien in der Fachliteratur häufig davon ausgegangen wird, dass die Ce3+ Ionen bevorzugt auf Ca2+ und die Mn2+ Ionen bevorzugt auf Sc3+ Gitterpositionen eingebaut werden.
Bei experimentellen Untersuchungen wurde überraschenderweise festgestellt, dass phasenreine, hocheffiziente und besonders stabile Ca3Sc2Si30i2 : Ce3+, Mn2+ Leuchtstoffe vor allem dann gebildet werden, wenn bei der Berechnung der Einwaagen der Ausgangsstoffe davon ausgegangen wird, dass die Mn2+ Ionen sowohl auf Ca2+ als auch auf Sc3+ Plätzen in das Gitter ein gebaut werden. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Einwaage- Berechnungen unter der Annahme erfolgen, dass etwa 75% der Mn2+ Coaktivatoren die Ca2+ und etwa 25% die
Sc3+ Ionen als Gitterbestandteile ersetzen.
Besonders bevorzugt ist der Leuchtstoff durch folgende
allgemeine chemische Formel beschreibbar:
(Cai-x-yCexMny) 3 (Sci_zMnz) 2Si30i2
mit 0<x<0,l; 0<y<0,8; 0<z<0,8
wobei ein y/z Verhältnis von ~ 2 bevorzugt ist.
Unter Beachtung der stöchiometrischen Faktoren entspricht dies dem angegebenen Verhältnis für die Besetzung der Ca2+ bzw. Sc3+ Gitterplätze durch Mn2+ Coaktivatorionen .
Mit den beschriebenen Ca3Sc2Si30i2 : Ce3+, Mn2+ Materialien werden besonders vorteilhafte Leuchtstoffe bereitgestellt, die
Emissionen mit Abklingzeiten zwischen 5 und 30 ms aufweisen und deren Lumineszenzsignale auch nach Beendigung der Blitz lichtanregung mit hoher Sicherheit unter Verwendung der
Kameramodule handelsüblicher Smartphones detektiert werden können .
Die Emissionsspektren der erfindungsgemäßen Leuchtstoffe bestehen aus jeweils drei Banden, die der direkten Lumineszenz der Ce3+ Aktivatorionen (Bande mit einem Xmax von etwa 505 nm) , sowie den über den Ce3+ - Mn2+ Energietransfer ermöglichten Emissionen der auf den unterschiedlichen Gitterplätzen
positionierten Mn2+ Coaktivatoren zugeordnet werden können. Die Maxima der zuletzt genannten Emissionsbanden liegen in etwa bei 570 nm (Mn2+ auf Ca2+ Platz) und bei etwa 700 nm (Mn2+ auf Sc3+ Platz) .
Die relativen Intensitäten der unterschiedlichen Emissions banden können über die Konzentrationen der Aktivator- und Coaktivatorionen sowie über die jeweiligen Konzentrations- Verhältnisse variiert und eingestellt werden. Zudem weisen die einzelnen Emissionen unterschiedliche spektrale Abklingzeiten auf. Während die Abklingzeit der quantenmechanisch erlaubten Ce3+ Emission im Nanosekunden-Bereich liegt, werden für die beiden aus quantenmechanisch verbotenen optischen Übergängen resultierenden Mn2+ Emissionsbanden Abklingzeiten im
einstelligen (Mn2+ auf Ca2+ Platz) bzw. im zweistelligen Milli- sekunden-Bereich (Mn2+ auf Sc3+ Platz) erreicht.
Die Tatsache, dass sich die im grünen Spektralbereich anzu treffenden Emissionsbanden mit Maxima bei etwa 505 und 570 nm aufgrund ihrer vergleichsweise großen Halbwertbreiten in einem ausgeprägten Maße überlagern, führt auch zu einer Überlagerung der Abklingkurven dieser Emissionen. Dennoch sind die modi fizierten CSS-Leuchtstoffe durch unterschiedliche spektrale Abklingkurven mit unterscheidbaren Abklingzeiten
charakterisiert. Andererseits ergibt sich aus dieser
Konstellation, dass für den Fall, dass bei den Abkling
messungen der gesamte sichtbare Spektralbereich detektiert wird, ein signifikanter Farbshift der abklingenden Lumineszenz der Leuchtstoffe resultiert. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die einzelnen Emissionsbanden auf Grund ihrer
charakteristischen Überlagerungen keine monoexponentiellen Abklingkurven aufweisen. Charakteristisch sind vielmehr bi- bzw. triexponentiellen Abklingkurven.
Das beschriebene spezielle Abklingverhalten trägt in hohem Maße zur Exklusivität der erfindungsgemäßen
Ca3Sc2Si30i2 : Ce3+, Mn2+ Leuchtstoffe bei. Hinzu kommen weitere Eigenschaften, die diese Leuchtstoffe für die Anwendung in lumineszierenden Sicherheitsmerkmalen, deren Anwesenheit und Echtheit mit der Hilfe handelsüblicher Smartphones verifiziert werden kann, empfehlen. Zum einen sind die benannten Leucht- Stoffe im ultravioletten Spektralbereich praktisch nicht anregbar und zum anderen ist die Körperfarbe der entsprechen den Lumineszenzpigmente so beschaffen, dass sie leicht an die Farbdesigns der zu schützenden Sicherheits- und Wertdokumente (Banknoten, Ausweise, Reisepässe, Führerscheine etc.)
angepasst bzw. von den zur Herstellung dieser Dokumente verwendetet Druckfarben überdeckt werden kann. Das bedeutet, dass die Anwesenheit der als Sicherheitsmerkmal in die Sicher- heitsdokumente eingebrachten CSS : Ce3+, Mn2+ Leuchtstoffe vom Betrachter weder mit dem bloßen Auge noch unter Zuhilfenahme üblicher UV-Anregungsquellen erkannt werden kann.
Andererseits ist es eine besondere Ausführungsform der
Erfindung, dass bei UV-Anregung wirkungsvoll lumineszierende, schnell abklingende Leuchtstoffe zu den nahezu ausschließlich im sichtbaren Spektralbereich emittierenden, vorzugsweise bei 450 nm anregbaren Leuchtstoffen mit verzögertem Abkling verhalten hinzugefügt werden. Die bei UV-Anregung deutlich wahrnehmbare stationäre Photolumineszenz der entsprechenden Zusatzkomponenten kann als eine sicherheitserhöhende
Maskierung der in die Sicherheitsdokumente integrierten
Sicherheitsmerkmale dienen.
Auch wenn die Auswahlmöglichkeiten für die Bereitstellung der für die Realisierung der aufgezeigten erfinderischen Lösung benötigten Leuchtstoffe stark eingeschränkt sind, gibt es neben den Ca3Sc2Si30i2 : Ce3+, Mn2+ Leuchtstoffen doch einige weitere Materialien, die auf Grund ihres Abklingverhaltens zur Herstellung erfindungsgemäßer Sicherheitsmerkmale eingesetzt werden könnten. In der nachfolgenden Tabelle sind einige der auf ihre Eignung gemäß der Erfindung getesteten Leuchtstoff kompositionen einschließlich der für die erfinderische Anwendung relevanten Lumineszenzeigenschaften zusammen gestellt.
Insbesondere enthält die Tabelle Angaben zu den gemessenen Maxima der jeweiligen Emissionsbanden und zu den Abkling zeiten. Zur Bewertung der Lumineszenzausbeute und der spektralen Anregbarkeit bei 450 nm wurde eine verbale
Skalierung verwendet.
Bei den aufgeführten Leuchtstoffen handelt es sich im Wesent lichen um Ce3+- und Mn2+- codotierte Silikat-Granate bzw.
Germanat-Granate, um mit Mn2+- Ionen aktivierte und gegebenen falls zusätzlich mit bestimmten Seltenerdionen (Ce3+, Eu2+, Dy3+) coaktivierte komplexe silikatische oder phosphatisch
Grundgitter, um Cr3+- aktivierte Gallatverbindungen sowie um die Mn4+- aktivierten Leuchtstoffe BaGeFg:Mn4+ und K^SiFgiMn44. Diese Auflistung besitzt keinen abschließenden Charakter. Es ist davon auszugehen, dass darüber hinaus auch weitere
geeignete Leuchtstoffe zur Realisierung der in den Patent ansprüchen angegebenen Merkmale zur Verfügung stehen.
In diesem Zusammenhang ist es als äußerst vorteilhaft zu betrachten, als geeignet erscheinende Leuchtstoffe durch gezielte Veränderung ihrer chemischen Zusammensetzung, d.h. durch gezielt vorgenommene Substitutionen im Kationen- und/oder Anionenteilgitter, so zu modifizieren, dass sich ihre Lumineszenzeigenschaften, insbesondere ihre charakteristischen Abklingzeiten, deutlich von den in der Fachliteratur
beschriebenen Daten unterscheiden. Auf diese Weise können die Exklusivität der verzögert abklingenden lumineszierenden
Materialien und die Fälschungssicherheit der entsprechenden Sicherheitsmerkmale deutlich erhöht werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zur Erstellung der Sicherheitsmerkmale
Leuchtstoffmischungen verwendet werden, deren einzelne, vorzugsweise exklusive Komponenten unterschiedliche und sensorisch unterscheidbare Abklingzeiten aufweisen. Auch in diesem Falle resultiert eine Erhöhung der Fälschungssicherheit der erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmale.
Bevorzugt weist der Leuchtstoff eine Abklingzeit im ein stelligen oder zweistelligen ms-Bereich auf, sodass die
Emission des Leuchtstoffes mit einer Bilderfassungseinheit, insbesondere mit einer Kamera eines Smartphones erfassbar ist. Aktuell bekannte Smartphone-Kameras besitzen eine Bildfrequenz im Bereich von 240 fps (frames per second) bis zu 960 fps. Höhere Bildfrequenzen sind vor allem in künftigen Geräten denkbar, was der Nutzung der hier beschriebenen Erfindung aber nicht entgegensteht. Mit den derzeit bekannten Bildfrequenzen ist durch die Smartphone-Kamera ein erstes Bild nach rund 4,2 ms bzw. in Ausnahmefällen nach 1 ms aufzuzeichnen.
Die Bildfrequenz des eingesetzten Bildsensors (insbesondere Smartphone-Kamera) bestimmt eine untere Grenze für die
Abklingzeit der im Sinne der Erfindung einsetzbaren Leucht stoffe. Für den Fall, dass das Sicherheitsmerkmal im Sinne der Realisierung einer besonders hohen Sicherheitsstufe vom menschlichen Auge nicht erkannt werden soll, ist eine obere Grenze durch die Physiologie des menschlichen Sehvermögens vorgegeben. Insbesondere soll die Abklingzeit des Leucht stoffes in diesem Falle kleiner als 1 s sein, da ein Nach leuchten des Leuchtstoffes, das länger als 1 s andauert vom menschlichen Normalbeobachter wahrgenommen werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Leuchtstoff ein Ce3+ oder Mn2+ co-dotierter Silikat-Granat-Leuchtstoff . Die stationäre Lumineszenz des Leuchtstoffes weist bei Anregung mit dem Licht weiß emittierender LED, vorzugsweise bei einer Maximumswellenlänge von 450 nm, ein breitbandiges Emissions spektrums mit mehreren Emissionsmaxima im sichtbaren Spektral bereich auf. Diese Maxima liegen bei etwa
505 nm (zuordenbar der Emission von Ce3+-Ionen auf
dodekaedrischen Ca2+-Plätzen) ,
570 nm (zuordenbar der sensibilisierten Emission von Mn2+- Ionen auf dodekaedrischen Ca2+-Plätzen) ,
700 nm (zuordenbar der sensibilisierten Emission von Mn2+- Ionen auf oktaedrischen Sc3+-Plätzen) .
Die spektralen Abklingzeiten der unterschiedlichen Emissions banden liegen in der aufgeführten Reihenfolge im ns-, im einstelligen bzw. im zweistelligen ms-Bereich. Bevorzugt liegt die Abklingzeit des Leuchtstoffes des Sicher- heitsmerkmals im Bereich von 1 ms bis 50 ms. Besonders bevor zugt weist der Leuchtstoff des Sicherheitsmerkmals eine
Abklingzeit von 10 ms bis 30 ms auf.
Damit das Sicherheitsmerkmal allein mittels eines Smartphones erfassbar ist, ist der Leuchtstoff so konfiguriert, dass er im sichtbaren Spektralbereich, insbesondere im blauen Spektral bereich anregbar ist, damit die Blitzlichtquelle des Smart phones diese Anregungsstrahlung liefern kann. Weiterhin ist der Leuchtstoff so konfiguriert, dass er im sichtbaren
Spektralbereich emittiert, um abzusichern, dass er mit dem Kameramodul eines handelsüblichen Smartphones erfassbar ist. Außerdem ist der Leuchtstoff so konfiguriert, dass seine
Lumineszenz nach Abschluss der Blitzlichtanregung im ms- Bereich abklingt, sodass eine sichere Verifikation nach
Beendigung der Anregung möglich ist.
Das weiße Licht einer Beleuchtungseinheit eines Smartphones wird durch eine LED erzeugt, welche aus einem beispielsweise bei etwa 450 nm emittierenden LED-Halbleiterchip und einem oder mehreren oberhalb des LED-Halbleiterchip platzierten LED- Konversionsleuchtstoffen besteht. Diese Konversionsleucht stoffe sind in der Lage, die Emission der blauen LED anteilig in längerwellige sichtbare Lumineszenzstrahlung (breitbandige Emissionen im grünen, gelben und roten Spektralbereich) mit einen Emissionsmaximum von beispielsweise etwa 560 nm umzu wandeln. Das weiße Licht der als Beleuchtungseinheit handels üblicher Smartphones bereitstehenden LED resultiert aus der additiven Farbmischung der beschriebenen einzelnen
Lumineszenzkomponenten, wobei der blaue Spektralanteil die deutlich höhere Intensität aufweist. Das bedeutet, dass der für die Bereitstellung des erfindungsgemäßen Sicherheitsmerk mals verwendbare Leuchtstoff vorzugsweise so konfiguriert sein muss, dass er insbesondere im Bereich zwischen 420 nm bis 470 nm eine hohe Effizienz der spektralen Anregbarkeit aufweist. Besonders bevorzugt liegt das Maximum der spektralen Anregbar keit des Leuchtstoffes bei etwa 450 nm.
Zur Detektion der Lumineszenzsignale des Leuchtstoffes steht als Bilderfassungseinheit die Smartphone-Kamera zur Verfügung. Bevorzugt ist die Bilderfassungseinheit mit einem CMOS-Sensor und einem IR-Filter ausgestattet. Sie weist damit eine
spektrale Empfindlichkeit auf, die den gesamten sichtbaren Spektralbereich bis etwa 750 nm umfasst. Mittels der Bilder fassungseinheit können Einzelbilder, Bildserien oder Videoauf nahmen aufgezeichnet werden. Dies bedeutet für den zur
Erstellung des Sicherheitsmerkmals verwendeten Leuchtstoff, dass er so konfiguriert sein muss, dass nach der erfolgten Anregung mit möglichst hoher Intensität bevorzugt im Spektral bereich zwischen 480 nm und 750 nm emittiert.
Das für die Verifikation des Sicherheitsmerkmals erfindungs gemäß verwendete mobile Endgerät ist vorzugsweise ein herkömm liches Smartphone . Es ist für den Fachmann verständlich, dass dieselbe Funktionalität auch in ein Tablet oder ein ähnliches multifunktionales Datenverarbeitungsgerät integriert sein kann, wozu es mit einer Kamera mit Bilderfassungseinheit und/oder Beleuchtungseinheit sowie einer Datenverarbeitungs einheit ausgerüstet sein muss. Derartig gleich wirkende Geräte sollen von der Erfindung ebenfalls umfasst sein. Bevorzugt ist die Datenverarbeitungseinheit ein Prozessor, insbesondere ein Mikroprozessor . Bevorzugt ist der Leuchtstoff im Sicherheitsmerkmal so
angeordnet, dass er ein Muster bildet. Die Leuchtstoffpigmente sind bevorzugt als ein definiertes Muster auf einem Träger aufgebracht. Das Muster kann als eine Form, beispielsweise ein Dreieck oder ein Stern angeordnet sein. Alternativ kann das durch den Leuchtstoff gebildete Muster des Sicherheitsmerkmals selbst Daten enthalten und als ein Code, beispielsweise eine QR-Code, angeordnet sein. Die Leuchtstoffpigmente sind als Sicherheitsmerkmal beispielsweise auf ein Sicherheitsdokument aufgedruckt. Das Aufdrucken oder Applizieren kann mit
bekannten Druckverfahren wie Tiefdruck, Flexodruck, Offset druck oder Siebdruck erfolgen. Weiterhin kann der Leuchtstoff durch Beschichtungsverfahren oder Laminierungsverfahren auf das Sicherheitsdokument aufgebracht oder in das Sicherheits dokument eingebracht werden. Bevorzugt ist die Korngrößen verteilung der Leuchtstoffpigmente an das jeweilige Druck- und Applikationsverfahren angepasst.
Bevorzugt besitzt das Sicherheitsmerkmal, insbesondere der Leuchtstoff, eine hohe Verarbeitungsstabilität. Insbesondere weist der Leuchtstoff eine hohe thermische und mechanische Stabilität auf. Der Leuchtstoff weist vorzugsweise eine hohe Alterungsbeständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen auf. Die Stabilität und die Alterungsbeständigkeit sind erforderlich, um eine sichere Verifizierbarkeit des Sicherheitsmerkmals über den gesamten Lebenszyklus des Sicherheitsdokuments zu sichern.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmals, welches einen Leuchtstoff umfasst, ist darin zu sehen, dass das
Sicherheitsmerkmal aufgrund der speziell konfigurierten
Lumineszenzcharakteristika des Leuchtstoffes mittels eines Smartphone-Blitzlichts anregbar und seine Emission durch die Smartphone-Kamera detektierbar ist, was eine einfache, schnelle und anwenderfreundliche Verifizierung des Sicher- heitsmerkmals ermöglicht. Es kann eine Authentizitätsprüfung und/oder Integritätsprüfung erfolgen. Es hat sich als vorteil haft erwiesen, für die Bereitstellung des Sicherheitsmerkmals einen speziellen Leuchtstoff mit Abklingzeiten im ms-Bereich auszuwählen, dessen Lumineszenzsignale auch nach Beendigung des Anregungsprozesses noch sicher messbar sind. Die Veri fikation bezieht sich in vorteilhafter Weise nicht ausschließ lich auf den Nachweis der Anwesenheit des Sicherheitsmerkmals, sie schließt als Echtheitskriterien auch das Emissions
spektrum, die konkrete Form der Abklingkurve (Abkling
charakteristik) und das durch die Leuchtstoffpigmente
ausgebildete Muster in die Echtheitsprüfung ein. Ein weiterer Vorteil des Sicherheitsmerkmals besteht darin, dass es vom Menschen nicht visuell wahrgenommen werden kann.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst ein erfindungsgemäßes Sicherheitsmerkmal in einer der zuvor beschriebenen
Ausführungen, welches auf ein Wert- oder Sicherheitsdokument angebracht oder in ein Wert- und Sicherheitsdokument
eingebracht ist. Außerdem umfasst die Anordnung ein Smart- phone, welches eine Beleuchtungseinheit, eine Bilderfassungs einheit und eine Datenverarbeitungseinheit umfasst.
Es hat sich herausgestellt, dass ein vorteilhafter Lösungs ansatz dafür, die abklingende Lumineszenz der Leuchtstoffe nach Beendigung des Anregungsprozesse sicher messen zu können, darin besteht, als Detektionsverfahren eine Kombination von Einzelblitz und Serien- bzw. Videoaufnahmen anzuwenden, wobei die Zeitdauer der Serien- oder Videoaufnahmen die des
anregenden Blitzlichtes deutlich übertreffen muss. Zugleich ist die Aufnahmedauer an die Abklingzeit des
verwendeten Leuchtstoffes anzupassen. Bei der letzten
Aufnahme, also beim letzten Frame, sollte die Emissions intensität des Leuchtstoffes so wie vor der Blitzlichtanregung gleich Null sein. Dann kann dieser Frame als Referenz für die Berechnung der Bilddifferenzen (Bi-R; B2-R;... Bn-R) verwendet werden. Die Analyse der Bilddifferenzen, die vorzunehmende Kontrastanpassung und die Berücksichtigung und Einbeziehung weiterer Verfahren zur Bildanalyse (Histogrammanalyse der unterschiedlichen Farbkanäle) können als eine wesentliche Voraussetzung dafür betrachtet werden, mit der Hilfe des Smartphones nicht nur die Anwesenheit eines ausgewählten erfinderischen Leuchtstoffes nachzuweisen, sondern zugleich auch die spektrale Emissions- und die exklusive Abkling charakteristik zu verifizieren.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass es äußerst vorteilhaft ist, bei der Echtheitsverifikation des Sicherheitsdokumentes den Abstand zwischen dem Smartphone und dem zu prüfenden Sicher heitsmerkmal möglichst gering zu halten. Auf diese Weise können die Intensität Blitzlichtanregung erhöht und der störende Einfluss von Fremdlicht deutlich reduziert werden. Insbesondere kann der Abstand zwischen der Detektions
einrichtung und dem Sicherheitsdokument geringer als der Schafteinstellungsbereich des Smartphones gewählt werden; für die Ausnahme und Verifizierung der diffusen Lumineszenzsignale werden keine scharfen Bilder benötigt.
Das Smartphone ist beispielsweise mit einer App derart zu konfigurieren, dass für die Verifikation des Sicherheitsmerk mals mindestens die folgenden Schritte ausgeführt werden: In einem ersten Verfahrensschritt wird das Sicherheitsmerkmal mittels der Beleuchtungseinheit des Smartphones, vorzugsweise durch Auslösung eines Einzelblitzes des LED-Blitzlichtmodules zur Lumineszenz angeregt, sodass das Sicherheitsmerkmal eine elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich emittiert .
In einem zweiten Verfahrensschritt werden parallel zur Einzel blitz-Anregung mittels der Bilderfassungseinheit, also mit Hilfe des Kameramoduls des Smartphones, die nach Beendigung der Anregung auftretenden abklingenden Lumineszenzsignale des Leuchtstoffes des erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmals erfasst .
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Lumineszenz charakteristika in den erfassten Bildern mittels der Daten verarbeitungseinheit ausgewertet und mit Referenzdaten
verglichen, um das Sicherheitsmerkmals zu verifizieren und die Echtheit des Sicherheitsdokuments zu bestätigen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmals auf einem Sicherheitsdokument in Gestalt einer Banknote;
Fig. 2 eine schematische Darstellung von Komponenten einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Verifikation des
Sicherheitsmerkmals ; Fig. 3 eine schematische Darstellung des An- und Abkling verhaltens eines Leuchtstoffes des Sicherheitsmerkmals bei Blitzlichtanregung;
Fig. 4 ein Ablaufplan zur Durchführung der Verifikation des
Sicherheitsmerkmals mit der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 5 ein Anregungsspektrum der 700 nm Emissionsbande eines erfindungsgemäßen Leuchtstoffes gemäß Ausführungs beispiel 1;
Fig. 6 ein Emissionsspektrum der bei 450 nm angeregten
stationären Photolumineszenz des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1;
Fig. 7 spektrale Abklingkurven der unterschiedlichen
Emissionsbanden eines im Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen erfinderischen Leuchtstoffes;
Fig. 8 ein Farbshift der über den gesamten sichtbaren
Spektralbereich detektierten, abklingenden Lumineszenz des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1, dargestellt anhand des zeitlichen Verlaufes der x-y- Farbkoordinaten in der CIE- Normfarbtafel;
Fig. 9 Emissionsspektren der stationären Photolumineszenz der bei 450 nm angeregten Leuchtstoffe gemäß der
Ausführungsbeispiele 2 und 3;
Fig. 10 Abklingkurven der Hauptemissionsbanden der bei 450 nm angeregten Leuchtstoffe gemäß der Ausführungsbeispiele 2 und 3 ;
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Sicherheitsmerkmal 01, welches auf einem Wertdokument, nämlich einem symbolisiert dargestellten Sicherheitsdokument 02 in Form einer Banknote aufgebracht ist. Das Sicherheitsmerkmal dient dem Echtheits nachweis des Sicherheitsdokuments 02. Das Sicherheitsmerkmal 01 weist hier eine Sternform auf. Es ist unterhalb eines sichtbaren Merkmals 03, in diesem Fall des Nominalwertes der Banknote, positioniert. Das Sicherheitsmerkmal 01 besteht aus einem mittels der Beleuchtungseinheit eines Smartphones vor zugsweise im blauen Spektralbereich zur im ms-Bereich
abklingenden Lumineszenz anregbaren Leuchtstoff, wie er weiter oben im Rahmen der Erfindungsbeschreibung offenbart wurde.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Verifikation des Sicherheitsmerkmals 01, wobei das Sicher heitsmerkmal mittels einer Beleuchtungseinheit 04 einer Bild aufnahmeeinheit 06 eines mobilen Endgerätes, nämlich eines Smartphones 07, zur Lumineszenz angeregt wird, indem die
Beleuchtungseinheit 04 Anregungslicht, insbesondere weißes LED-Blitzlicht 08 mit einem spektralen Maximum von etwa 450 nm erzeugt. Das Blitzlicht 08 besitzt eine Intensität IA. Während der Anregung emittiert der Leuchtstoff des Sicherheitsmerkmals 01 eine stationäre elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich, welche nach dem Ende der Anregung im ms- Bereich abklingt. Die abklingende Emission IE des Leuchtstoffes wird mit einer Kamera 09 der Bildaufnahmeeinheit 06 des Smart phones 07 durch Auslösen einer Serien- oder Videoaufnahme detektiert. Weiterhin detektiert die als Detektor arbeitende Kamera 09 eine auf das Sicherheitsmerkmal 01 und die Banknote 02 auftreffende und dort reflektierte Umgebungsstrahlung Io des Tages- oder Raumlichtes. Der Einfluss der Umgebungsstrahlung Io kann beim erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gering gehalten werden, dass ein Abstand d zwischen dem Sicherheitsmerkmal 01 und dem Smartphone 07 gering gehalten wird. Durch den geringen Abstand d, der vorzugsweise unterhalb des Scharfstellungs- bereichs der Bildaufnahmeeinheit 06 liegt, schirmt das Smart- phone 07 die Umgebungsstrahlung Io größtenteils ab. Für die sichere Verifizierung der diffusen Lumineszenzsignale des Sicherheitsmerkmals werden nämlich keine scharfen Bildauf nahmen benötigt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des An- und
Abklingverhaltens des Leuchtstoffes, der im Sicherheitsmerkmal 01 verwendet wird. Im Diagramm ist eine Emissionskurve 11 des zur Lumineszenz angeregten Sicherheitsmerkmals 01 entlang einer Zeitachse t dargestellt. Weiterhin ist eine Blitzlicht- Anregungskurve 12 entlang der Zeitachse aufgetragen. Wird der Einzelblitz mittels des Smartphones 07 (Fig. 2) erzeugt, steigt die LED-Blitzlicht-Anregungskurve 12 steil an, hält ihr Niveau für kurze Zeit und sinkt dann im ns- bis ys-Bereich auf null ab. Durch die elektromagnetische Strahlung des Blitz lichtes wird der Leuchtstoff des Sicherheitsmerkmals 01 zur Lumineszenz angeregt, wobei dessen Emissionskurve 11 nahezu zeitgleich mit der Blitzlicht-Anregungskurve 12 ansteigt. Die Emission des Leuchtstoffes 11 klingt nach Beendigung der
Blitzlichtanregung 12 deutlich langsamer als die anregende Strahlung der vorzugsweise mit weiß emittierenden LED
ausgestatteten Beleuchtungseinheit des Smartphones ab. Die Abklingzeit des Leuchtstoffes liegt erfindungsgemäß im ms- Bereich .
Unterhalb der Zeitachse sind in Fig. 3 einzelne durch den Detektor 09 des Smartphones 07 (Fig. 2) erfasste Bilder 13 des Sicherheitsmerkmals 01 dargestellt. Die Bildaufnahmen 13 zeigen die abklingende Emissionsintensität des Sicherheits merkmals 01 anhand der mit der Zeit geringer werdenden Hellig keit des beispielhaft verwendeten Stern-Musters. Nach dem im Wesentlichen vollständigen Abklingen der Emission des Leucht- Stoffes kann als letztes Bild der aufgenommenen Bildfolge ein Referenzbild 14b erfasst werden. Je nach Auswerteverfahren kann ein zusätzliches Referenzbild 14a ( Startbild) auch vor der Aktivierung der Anregungsstrahlung (Auslösen des Blitzes) aufgenommen werden. Optional kann zur Absicherung der Verfüg barkeit eines für die Berechnung der Bilddifferenzen erforder lichen Referenzbildes gegebenenfalls bereits vor dem Auslösen der für die Detektion der abklingenden Lumineszenzsignale des Sicherheitsmerkmals entscheidenden Serien- oder Videoaufnahmen als ein zusätzliches Referenzbild ein Startbild 14a
aufgenommen werden.
Fig. 4 zeigt in vereinfachter Form den prinzipiellen Ablauf der Verifikation des Sicherheitsmerkmals 01 unter Anwendung der in Fig. 3 dargestellten Anordnung. In einem
Positionierungs-Schritt 41 wird das zu verifizierende Sicher dokument so positioniert, dass es von der Bilderfassungs einheit des Smartphones sicher erfasst werden kann. In einem optionalen Referenzprüfungs-Schritt 42 wird bereits vor dem Auslösen der Blitzlichtanregung des Smartphones das Startbild 14a des Sicherheitsmerkmals erzeugt. In einem Detektions- Schritt 43 wird mit Hilfe der Bildaufnahmeeinheit der
Beleuchtungseinheit des Smartphones ein Einzelblitz ausgelöst und eine Serienbild- bzw. Videoaufnahmen ausgeführt, um die nach dem Ende der Blitzlichtanregung vorhandenen und im ms-Bereich abklingenden Lumineszenzsignale des für die
Erstellung des Sicherheitsmerkmals verwendeten Leuchtstoffes aufzuzeichnen. Schließlich werden in einem Emissions-Analyse- Schritt 44 die aufgenommenen Bildserien sowie die Referenz aufnahmen mittels der Datenverarbeitungseinheit verglichen. Neben der Berechnung der Bilddifferenzen und ihrer Analyse, werden dabei weitere Methoden der Bildverarbeitung wie bei spielsweise die Kontrastanpassung und die Histogrammanalyse der unterschiedlichen Farbkanäle zur Anwendung gebracht, um auf diese Weise sowohl die spektrale Emissions- als auch die exklusive Abklingcharakteristik des erfindungsgemäß
verwendeten Leuchtstoffes zu verifizieren. Durch den Vergleich der berechneten Parameter mit den vorzugsweise im Daten speicher des Smartphones hinterlegten Echtheitsparametern des Sicherheitsmerkmals kann die Echtheit des geprüften Sicher- heitsdokuments in einem Freigabe-Schritt 45 bestätigt werden. Insbesondere kann durch die Verifikation des Sicherheitsmerk mals auf dem Sicherheitsdokument die Authentizität und
Integrität des Sicherheitsdokuments bestätigt werden.
Fig. 5 zeigt ein Anregungsspektrum 121 der 700 nm Emissions bande eines Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1. Zur Herstellung dieses Leuchtstoffs werden 0,2822 g CaCCb, 0,5335 g SC2 (C2O4) 3 · 10 , 723H20, 0,1803 g SiC>2, 0,0052 g Ce02, und 0,0358 g MnC204 -2H20 durch Mörsern unter Zugabe von Aceton vollständig homogenisiert. Nach dem Verdampfen des Lösungsmittel wird das trockene Pulvergemisch in einen Korundtiegel überführt. Die Probe wird zuerst in einem Kammerofen bei 500 °C für 2 h in Luftatmosphäre vorkalziniert und anschließend in einem Rohr ofen bei 1400 °C für 4 h in 5% H2/95%N2 Atmosphäre geglüht. Das resultierende Produkt wird anschließend gesiebt. Dieser
Leuchtstoff weist die Formel (Ca2, 82Ceo, 03Mn0, 15) (Sei, 95Mn0, 05) S13O12 auf. Das Anregungsspektrum verdeutlicht, dass der beispiel hafte erfinderische Leuchtstoff eine maximale spektrale Anreg barkeit im Bereich von 440 bis 450 nm aufweist.
Fig. 6 zeigt ein entsprechendes Emissionsspektrum 111 des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1 bei 450 nm Anregung. Es zeigt sich, dass der über die LeuchtstoffZusammensetzung und die gewählten Präparationsbedingungen speziell
konfigurierte Leuchtstoff breitbandige Emissionen über den gesamten sichtbaren Spektralbereich aufweist. Es werden drei Emissionsbanden mit Maxima bei etwa 505 nm, 570 nm und etwa 700 nm sichtbar, wobei die Bande mit einem Maximum von etwa 700 nm die höchste relative Intensität aufweist. Wie bereits beschrieben, lassen sich diese Banden der direkten Lumineszenz der Ce3+ Aktivatorionen (Ce3+ auf Ca2+-Platz) , sowie den über den Ce3+ - Mn2+ Energietransfer ermöglichten Emissionen der auf den unterschiedlichen Gitterplätzen positionierten Mn2+
Coaktivatoren (Mn2+ auf Ca2+-Platz bzw. Mn2+ auf
Sc3+-Platz) zuordnen.
Fig. 7 zeigt die spektralen Abklingkurven der einzelnen
Emissionsbanden. Die Kurve 1311 ist die Abklingkurve für die
505 nm Emission, die Kurve 1312 ist die Abklingkurve für die
570 nm Emission, und die Kurve 1313 ist die Abklingkurve für die 700 nm Emission. Es ist deutlich erkennbar, dass sich die spektralen Abklingkurven für die einzelnen Emissionen
signifikant unterscheiden. Wie bereits erläutert, wird für die Emission mit einem Maximum von etwa 505 nm ein Abklingen im Nanosekunden-Bereich festgestellt, während die
Lumineszenzbanden mit Maxima von etwa 570 bzw. etwa 700 nm Abklingzeiten im einstelligen bzw. im zweistelligen
Millisekunden-Bereich aufweisen. Für den Fachmann wird darüber hinaus sichtbar, dass die einzelnen Abklingkurven mit großer Wahrscheinlichkeit nicht exponentiell verlaufen. Vielmehr scheinen die gemessenen Kurven multiexponentielle
Abklingcharakteristika aufzuweisen .
Fig. 8 veranschaulicht den Farbshift, der resultiert, wenn die abklingende Lumineszenz über den gesamten sichtbaren
Spektralbereich detektiert wird. Dabei zeigt die Fig. 8 zunächst eine schematische Darstellung einer CIE-Normfarbtafei 15 des CIE-Normvalenzsystems . Das CIE-Normvalenzsystem wurde 1931 definiert, um eine Relation zwischen der menschlichen Farbwahrnehmung und den physikalischen Ursachen des Farbreizes herzustellen und erfasst typischerweise die Gesamtheit aller wahrnehmbaren Farben, wobei sich die Farbwahrnehmung auf die eines definierten Normalbeobachters bezieht. Jede Farbe oder jedwedes Emissionsspektrum eines Selbstleuchters wird in der CIE-Normwerttafei durch eine einzige x-y- Koordinate
abgebildet. Die Farbkoordinaten der in Abhängigkeit von der Zeit des Abklingens integral gemessenen Lumineszenzsignale sind in der Fig. 8 anhand der mit den Bezugszeichen 140 bis
147 Elemente dargestellt. Gleichzeitig können die für einen Leuchtstoff gemäß Ausführungsbeispiel 1 ermittelten Daten der nachfolgenden Tabelle entnommen werden.
Der tendenziell vom grünen in den roten Spektralbereich führende Farbshift resultiert aus der Überlagerung der in der Fig. 6 dargestellten Emissionsbanden sowie aus den
Unterschieden und der Überlagerung der entsprechenden in der Fig. 7 dargestellten Abklingkurven des erfindungsgemäßen
Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1. Das beschriebene spezielle Abklingverhalten trägt in hohem Maße zur Exklusivität des erfindungsgemäßen Ca3Sc2Si30i2 : Ce3+, Mn2+- Leuchtstoffes bei.
Fig. 9 zeigt die Emissionsspektren 1123, 113 der stationären Photolumineszenz der bei 450 nm angeregten Leuchtstoffe gemäß den Ausführungsbeispielen 2 und 3. Fig. 10 zeigt die
zugehörigen Abklingkurven 132, 133 der Hauptemissionsbanden der bei 450 nm angeregten Leuchtstoffe gemäß der
Ausführungsbeispiele 2 und 3.
Zur Herstellung des Leuchtstoffs nach Ausführungsbeispiel 2 werden 0,2898 g CaCC>3, 0,1362 g SC2O3, 0,1803 g SiC>2, 0,0130 g Ce (N03) 3 · 6H20, 0, 0179 g MnC204 -2H20 und 1,8170 g
Tris (hydroxymethyl ) aminomethan unter Rühren und Erhitzen auf einer Heizplatte in einem Gemisch aus 10 ml Salpetersäure und 100 ml Wasser vollständig gelöst. Anschließend wird die
Flüssigkeit solange eingedampft, bis sich das übrig bleibende Gel entzündet und ein schwarzer Schaum entsteht. Dieser Schaum wird zuerst bei 150 °C in einem Trockenschrank getrocknet, danach fein gemörsert und in einen Porzellantiegel überführt. In einem ersten Heizschritt wird das Gemisch zum Zwecke der Zersetzung verbliebener organischer Restbestandteile für 2 h bei 1000 °C in der Luftatmosphäre eines Kammerofens geglüht. Anschließend wird das nunmehr eine weiße Körperfarbe
aufweisende Glühgut mit zwei Massenprozent Borsäure vermengt und erneut diesmal für 4 h bei 1300 °C in einer 5 %-igen Formiergas- Atmosphäre geglüht. Der resultierende Leuchtstoff weist die Zusammensetzung (Ca2, 89sCeo, 03Mn0, 075) ( Sei, 975Mh0, 025) SZ3O12 auf. Die Kurve 112 in der Fig. 9 zeigt das Emissionsspektrum dieses Leuchtstoffes. In der Fig. 10 bezeichnet die Kurve 132 die Abklingkurve für diesen bevorzugt im grünen
Spektralbereich emittierenden Leuchtstoff. Zur Herstellung des Leuchtstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 3 mit der Zusammensetzung (Ca2, 745Ce0, 03Mn0,225 ) (Sei, 925Mn0, 075 ) Si30i2 werden 0,2747 g CaCCg, 0,1327 g Sc2C>3, 0,1803 g Si02, 0,0130 g Ce (NO3) 3 · 6H20, 0,0537 g MnC204 -2H20 und 1,8170 g Tris (hydroxy- methyl ) aminomethan unter Rühren und Erhitzen in einem Gemisch aus 10 ml Salpetersäure und 100 ml Wasser gelöst. Anschließend wird die Flüssigkeit eingedampft, bis sich das entstehende Gel entzündet. Der entstehende schwarze Schaum wird bei 150 °C in einem Trockenschrank getrocknet, danach fein gemörsert und in einen Porzellantiegel überführt. Nach einer ersten
zweistündigen Glühung bei 1000 °C in der Luftatmosphäre eines Kammerofens sowie dem anschließenden Hinzumischen von zwei Massenprozent Borsäure zu dem abgekühlten Glühgut erfolgt eine erneute vierstündige thermische Behandlung bei 1100 °C in einer 5 %-igen Formiergas-Atmosphäre. Das bei 450 nm Anregung gemessenen Emissionsspektrum des erhaltenen Leuchtstoffes ist in der Kurve 113 der Fig. 9 dargestellt, die zugehörige
Abklingkurve ist der Kurve 133 der Fig. 10 zu entnehmen.
Die beiden Ausführungsbeispiele und die dazugehörigen Figuren zeigen noch einmal mit aller Deutlichkeit, dass es sich bei den Ca3Sc2Si30i2 : Ce3+, Mn2+- Leuchtstoffen um eine besonders geeignete Leuchtstoffklasse für die Ausbildung eines erfin dungsgemäßen Sicherheitsmerkmals handelt. Durch Variation der LeuchtstoffZusammensetzung und der Präparationsbedingungen lassen sich zahlreiche exklusive Leuchtstoffkompositionen mit unterschiedlichem Abklingverhalten und unterscheidbarer
Emissionsspektren und mit einer aus diesem Grunde ausgeprägt hohem Sicherheits- und Echtheitsniveau erstellen. Die exklu siven Eigenschaften der zum Schutze von Wert- und Sicherheits dokumenten in der Form von Sicherheitsmerkmalen anwendbaren Leuchtstoffe können mit der Hilfe handelsüblicher Smartphones sicher verifiziert werden. Bezugszeichenliste
01 Sicherheitsmerkmal
02 Sicherheitsdokument / Banknote
03 Nominalwert
04 Beleuchtungseinheit
05
06 Bildaufnahmeeinheit
07 Smartphone
08 Blitzlicht
09 Kamera / Detektor
10
11 Emissionskurve
12 Blitzlicht-Anregungskurve
13 Bildaufnahme des Sicherheitsmerkmals 01 14a Startbild
14b Referenzbild
15 CIE- Normalfarbtafel
41 45 Verfahrensschritte
111 Emissionsspektrum des Leuchtstoffs gemäß
Ausführungsbeispiel 1
112 Emissionsspektrum des Leuchtstoffs gemäß
Ausführungsbeispiel 2
113 Emissionsspektrum des Leuchtstoffs gemäß
Ausführungsbeispiel 3
121 Anregungsspektrum des Leuchtstoffs gemäß
Ausführungsbeispiel 1
1311 Abklingkurve für die 505 nm-Emission des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1
1312 Abklingkurve für die 570 nm-Emission des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1
1313 Abklingkurve für die 700 nm-Emission des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1
132 Abklingkurve der vorwiegend grünen Emission des
Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 2
133 Abklingkurve der vorwiegend grünen Emission des
Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 3
140 147 x-y-Farbkoordinaten der abklingenden integralen
Lumineszenz des Leuchtstoffes gemäß
Ausführungsbeispiel 1

Claims

Patentansprüche
1. Smartphone-verifizierbares Sicherheitsmerkmal mit einem
Leuchtstoff, welcher durch eine von einem Smartphone erzeugte sichtbare elektromagnetische Strahlung zur
Lumineszenz anregbar ist und nach Beendigung der Anregung über eine Abklingzeit im Bereich 1 ms bis 100 ms eine
Emission zeigt, welche mittels einer Bilderfassungseinheit des Smartphones detektierbar ist.
2. Sicherheitsmerkmal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff aus der folgenden Gruppe gewählt ist:
(Cai-x-yCexMny) 3 (Sci_z/Mnz) 2Si30i2;
mit 0<x<0,l; 0<y<0,8; und 0<z<0,8; und y/z ~ 2;
Ca3Sc2Si30i2 : Ce3+, Mn2+ .
3. Sicherheitsmerkmal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der Leuchtstoff nach Beendigung der Anregung eine Abklingzeit von 1 ms bis 50 ms, bevorzugt eine
Abklingzeit von 10 ms bis 30 ms aufweist, in welcher seine Emission im sichtbaren Spektralbereich eine Lumineszenz charakteristik aufweist, die von der Bilderfassungseinheit des Smartphones detektierbar ist.
4. Sicherheitsmerkmal nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Emission und die Abkling zeit des Leuchtstoffs anhand des spektralen und zeitlichen Auflösungsvermögen so gewählt ist, dass sie vom Menschen nicht visuell wahrnehmbar ist.
5. Sicherheitsmerkmal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff mittels einer weißes Licht abgebenden Blitzlicht-LED des Smartphones zur Lumineszenz anregbar ist.
6. Sicherheitsmerkmal nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff während der Abklingzeit eine Emission zeigt mit Maxima im Bereich von 470 nm bis 500 nm und/oder von 650 nm bis 750 nm.
7. Sicherheitsmerkmal nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff als eine
Leuchtstoffmischung konfiguriert ist, deren Leuchtstoff komponenten nach Beendigung der Anregung unterschiedliche, sensorisch unterscheidbare Abklingzeiten aufweisen.
8. Sicherheitsmerkmal nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtstoffmischung einen bei UV-Anregung
lumineszierenden, schnell abklingende Leuchtstoff enthält, dessen visuell wahrnehmbare stationäre Photolumineszenz als Maskierung der Emission des als Sicherheitsmerkmal
dienenden Leuchtstoffs wirkt.
9. Sicherheitsmerkmal nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff als in einem Druckverfahren verarbeitungsfähige Leuchtstoffpigmente gebildet ist.
10. Sicherheitsmerkmal nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtstoffpigmente ein vorbestimmtes Muster im Sicherheitsmerkmal abbilden.
11. Anordnung zur Verifikation eines Sicherheitsdokuments (02), umfassend :
ein Sicherheitsmerkmal (01), welches am Sicherheits dokument (02) angebracht ist, einen zur Emission anreg baren Leuchtstoff enthält und gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 gestaltet ist,
ein Smartphone (07) mit einer Beleuchtungseinheit (04) zum Anregen des Leuchtstoffs des Sicherheitsmerkmals, mit einer Kamera (09) zum Erfassen der Emission des Leuchtstoffs nach Abschluss der Anregung während einer vorbestimmten Abklingzeit durch Aufnahme einer Bilder serie und mit einer Datenverarbeitungseinheit zur Auswertung der Bilderserie, wobei die während der Abklingzeit erfasste Emission mit gespeicherten
Referenzwerten verglichen wird, um das Sicherheits dokument zu verifizieren.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Applikation (App) auf dem Smartphone (07) installiert ist, welche die Beleuchtungseinheit (04), die Kamera (09) und die Datenverarbeitungseinheit steuert.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmezeit zur Aufnahme der Bilderserie so gewählt ist, dass das letzte Bild der Bilderserie nach dem Ende der Abklingzeit aufgenommen wird, wobei das Sicher- heitsdokument (02) nur dann als echt verifiziert wird, wenn in diesem letzten Bild keine Emission des Leuchtstoffs detektierbar ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Smartphone und dem zu prüfenden Sicherheitsdokument kleiner oder gleich dem Scharfeinstellungsbereich des Smartphones gewählt ist.
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