EP3781408B1 - Smartphone-verifiable, luminescent-material-based security feature and assembly for verification - Google Patents

Smartphone-verifiable, luminescent-material-based security feature and assembly for verification Download PDF

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EP3781408B1
EP3781408B1 EP19722000.7A EP19722000A EP3781408B1 EP 3781408 B1 EP3781408 B1 EP 3781408B1 EP 19722000 A EP19722000 A EP 19722000A EP 3781408 B1 EP3781408 B1 EP 3781408B1
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EP
European Patent Office
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security feature
luminescent material
smartphone
security
emission
Prior art date
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EP19722000.7A
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German (de)
French (fr)
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EP3781408A1 (en
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Detlef Starick
Manfred Paeschke
Lazar KULIKOVSKY
Thomas JÜSTEL
Beata MALYSA
Viktor Anselm
Guido HAUßMANN
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Bundesdruckerei GmbH
Original Assignee
Bundesdruckerei GmbH
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Publication date
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    • G07D7/1205Testing spectral properties
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    • G07D7/20Testing patterns thereon
    • G07D7/202Testing patterns thereon using pattern matching
    • G07D7/205Matching spectral properties

Definitions

  • the present invention relates to a security feature with a phosphor that can be verified using a commercially available smartphone.
  • the invention also relates to an arrangement for verifying a security document with such a security feature.
  • WO 2012/083469 A1 a device for authentication of marked with photochromic systems documents known.
  • the photochromic security feature shows a color change and/or a change in shape under the action of a flash light excitation. It is also 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 identifying an object is known.
  • a first identification element made of ink becomes visually visible and a second identification element is not visually visible.
  • the EP 0 091 184 A1 names a sulfide phosphor that emits green to orange light with a long afterglow time.
  • This phosphor is described by the general formula (Zn 1-x , Cd x ) S:eM I' , fM III' , gX', where M I' is selected from copper and gold, M III' is selected from gallium and indium , and X' is selected from chloro, bromo, iodo, fluoro and aluminum.
  • the WO 02/071347 A1 describes a method and a device for the authentication of security documents or objects which have a luminescent compound.
  • the compound is excitable by excitation light.
  • the EP 1 672 568 A1 describes counterfeit-proof security labels and an optical scanner for Illuminating, detecting and classifying a sample or the security label.
  • the U.S. 2016/0314374 A1 describes a device for a portable smart device and a method for authenticating an object to be authenticated.
  • the material consists of a first particle of a first inorganic host lattice with at least one first substance and a second particle of a second inorganic host lattice with at least one second substance.
  • the WO 2018/007444 A1 describes a method for authenticating a security marking, as well as the security marking and a reader capable of carrying out the method.
  • the security marking can emit a long-lasting luminescent light.
  • the reading device with CPU unit and memory unit, for example a smartphone, is used to generate and record the emission.
  • the WO 2013/012656 A1 discloses various phosphor compositions comprising one or more emissive ions and one or more impurity ions.
  • An emitting ion is defined by a first decay time constant im undisturbed state marked.
  • the impurity ions result in a predetermined decay behavior with a modified decay time that is greater than zero and less than the unperturbed decay time.
  • An authentication system is configured to measure the decay time when this phosphor composition is attached to an article.
  • a light generating device e.g. an LED flash unit
  • an image recording device e.g. a digital camera of a mobile communication device
  • the disclosed phosphors regularly have decay times that do not allow the emission to be evaluated using widely used devices, in particular an authenticity check using commercially available smartphones.
  • the WO 2013/034603 A1 describes a method for verifying a security document with a security feature in the form of a fluorescent printing element.
  • the method provides that the printing element by means of a light source is excited and it emits electromagnetic radiation as a result of this excitation, which can be detected in a further step by means of a sensor.
  • the recorded data is evaluated by comparing it with specified data.
  • the verification result is output depending on the result of the comparison.
  • the method is to be carried out with a smartphone, the flash module of the smartphone being used as the excitation source and the photo sensor of the camera of the smartphone being used as the detection unit.
  • Inorganic phosphors namely nitride phosphors, are mentioned as phosphors for the pigment-like fluorescent printing element; europium-doped alkaline earth orthosilicate and alkaline earth oxyorthosilicate phosphors; cerium-doped rare earth aluminum gallium garnet phosphors; red light emitting (Ca,Sr)S:Eu 2+ ; and green light emitting SrGa 2 S 4 :Eu 2+ .
  • the proposed phosphors are so-called LED conversion phosphors which decay extremely quickly.
  • one object of the present invention is to provide an improved luminescent-based security feature that can be verified solely using a smartphone or a comparable multifunctional, widely used data processing device.
  • a further object of the present invention is to provide an arrangement for verifying such a security feature.
  • the object is achieved by a luminescent-based security feature that can be verified with a smartphone according to appended claim 1 and by an arrangement for verifying such a security feature according to appended independent claim 9.
  • a security feature is equipped with a specific phosphor that avoids the problems described above.
  • this phosphor must be configured in such a way that it can be excited with a light source of a smartphone or a similar mobile data processing device, ie in particular a flashing LED of a smartphone.
  • the luminescent material must have such a luminescence characteristic that it is still possible to detect the luminescence signals with a high degree of certainty using the image acquisition unit of the same smartphone (mobile data processing device) even after the excitation process has ended.
  • this primarily requires a decay time of the phosphor according to the invention that is adapted to the exceptional speed of the image acquisition unit of the smartphone.
  • the invention provides a security feature that can be reliably evaluated, which allows exclusive luminescence properties such as the spectral emission and decay characteristics of the special phosphors used to create the security feature to be included in the test as authenticity criteria.
  • exclusive luminescence properties such as the spectral emission and decay characteristics of the special phosphors used to create the security feature to be included in the test as authenticity criteria.
  • the decaying luminescence signals of the security feature according to the invention are not visible to the human eye either during or after the end of the excitation. It has been shown that the options for providing suitable phosphors for realizing the inventive solution shown are severely limited. This applies in particular to the required decay characteristics.
  • the invention provides a level 3 feature or at least a feature with level 2+ functionality, as can be used in security and value documents for authenticity verification.
  • Such features are generally invisible to the human eye, for example even after excitation with UV or IR light sources. Until now, their characteristics could only be tested with great technical effort, for example with the help of high-speed sorting machines.
  • the present invention makes it possible for the first time to check the authenticity of such exclusive features using commercially available smartphones.
  • the security feature according to the invention can be applied to or in a valuable or security document and comprises a luminescent material that can be excited to luminescence with electromagnetic radiation of a predetermined wavelength, such as can be generated by a lighting unit of a smartphone, whereupon the luminescent material is emitted by the camera device a smartphone emits detectable radiation.
  • the emission of the phosphor has a decay time in the ms range. According to the invention, the decay times are selected in the range between 1 and 100 ms, preferably in the range between 5 and 50 ms, again preferably between 10 and 30 ms.
  • the decay process basically characterizes the time-dependent decrease in the intensity of the radiation emitted by a phosphor.
  • multi-exponential (e.g. bi- or tri-exponential) decay curves may also result from the superimposition of different relaxation processes.
  • Ce 3+ - and Mn 2+ - co-doped silicate garnet phosphors have proven to be a particularly suitable class of phosphors for the security feature, with the formula: Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 : Ce 3+ , Mn 2 + can be described.
  • Such phosphors are characterized by a high absorption strength at 450 nm, a high luminescence intensity and an efficient energy transfer between the Ce 3+ and the Mn 2+ ions.
  • the phosphor can be written with the formula: (Ca 1-x Ce x ) 3 (Sc 1-z Mn z ) 2 Si 3 O 12 be described, whereby on the basis of the known ionic radii in the technical literature it is often assumed that the Ce 3+ ions are preferentially installed on Ca 2+ and the Mn 2+ ions preferentially on Sc 3+ lattice positions.
  • this corresponds to the specified ratio for the occupation of the Ca 2+ or Sc 3+ lattice sites by Mn 2+ coactivator ions.
  • the emission spectra of the phosphors according to the invention each consist of three bands, the direct luminescence of the Ce 3+ activator ions (band with a ⁇ max of about 505 nm), and the Ce 3+ - Mn 2+ energy transfer enabled emissions of the different lattice site positioned Mn 2+ coactivators.
  • the maxima of the last-mentioned emission bands are around 570 nm (Mn 2+ on Ca 2+ place) and around 700 nm (Mn 2+ on Sc 3+ place).
  • the relative intensities of the different emission bands can be determined via the concentrations of the activator and coactivator ions and via the respective concentration ratios be varied and adjusted.
  • the individual emissions have different spectral decay times. While the decay time of the quantum-mechanically permitted Ce 3+ emission is in the nanosecond range, decay times for the two Mn 2+ emission bands resulting from quantum-mechanically forbidden optical transitions are in the single-digit (Mn 2+ on Ca 2+ place) or in the two-digit millisecond range (Mn 2+ on Sc 3+ place) achieved.
  • the special decay behavior described makes a major contribution to the exclusivity of the Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 :Ce 3+ ,Mn 2+ phosphors according to the invention.
  • the named phosphors practically not excitable in the ultraviolet spectral range and on the other hand the body color of the corresponding luminescent pigments is such that it can be easily matched to the color design of the security and valuable documents to be protected (banknotes, identity cards, passports, driver's licenses, etc.) or adapted to the production of these Documents used inks can be covered.
  • the table contains information on the measured maxima of the respective emission bands and on the decay times.
  • Verbal scaling was used to assess luminescence yield and spectral excitability at 450 nm.
  • the phosphors listed are essentially Ce 3+ - and Mn 2+ - co-doped silicate garnets or germanate garnets, activated with Mn 2+ ions and possibly additionally with certain rare earth ions (Ce 3+ , Eu 2 + , Dy 3+ ) co-activated complex silicate or phosphate basic lattices, around Cr 3+ - activated gallate compounds and around the Mn 4+ - activated phosphors BaGeF 6 :Mn 4+ and K 2 SiF 6 :Mn 4+ .
  • a further embodiment of the invention is characterized in that phosphor mixtures are used to create the security features, the individual, preferably exclusive components of which have different and sensorically distinguishable decay times. In this case, too, there is an increase in the protection against forgery of the security features according to the invention.
  • the phosphor preferably has a decay time in the one-digit or two-digit ms range, so that the emission of the phosphor can be detected with an image acquisition unit, in particular with a camera of a smartphone.
  • an image acquisition unit in particular with a camera of a smartphone.
  • smartphone cameras have an image frequency in the range of 240 fps (frames per second) up to 960 fps. Higher frame rates are conceivable, above all, in future devices, but this makes it possible to use the invention described here not opposed. With the frame rates currently known, the smartphone camera can record the first image after around 4.2 ms or, in exceptional cases, after 1 ms.
  • the image frequency of the image sensor used determines a lower limit for the decay time of the phosphors that can be used within the meaning of the invention.
  • an upper limit is specified by the physiology of human vision.
  • the decay time of the phosphor should be less than 1 s in this case, since an afterglow of the phosphor that lasts longer than 1 s can be perceived by a normal human observer.
  • the decay time of the phosphor of the security feature is preferably in the range from 1 ms to 50 ms.
  • the phosphor of the security feature particularly preferably has a decay time of 10 ms to 30 ms.
  • the phosphor is configured in such a way 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 smartphone can deliver this excitation radiation. Furthermore, the phosphor is configured in such a way that it emits in the visible spectral range in order to ensure that it can be detected with the camera module of a commercially available smartphone. In addition, the phosphor is configured in such a way that its luminescence decays in the ms range after the flash excitation is completed, so that reliable verification is possible after the excitation has ended.
  • the white light of a lighting unit of a smartphone is generated by an LED, which consists of an LED semiconductor chip emitting at approximately 450 nm, for example, and one or more LED conversion phosphors placed above the LED semiconductor chip. These conversion phosphors are capable of converting the emission of the blue LED proportionately into longer-wave visible luminescence radiation (broadband emissions in the green, yellow and red spectral range) with an emission maximum of around 560 nm, for example.
  • the white light of the LED available as the lighting unit of commercially available smartphones results from the additive color mixture of the individual luminescence components described, with the blue spectral component having a significantly higher intensity.
  • the phosphor that can be used to provide the security feature according to the invention must preferably be configured in such a way that it has a high efficiency of spectral excitability, particularly in the range between 420 nm and 470 nm.
  • the maximum of the spectral excitability of the phosphor is particularly preferably at about 450 nm.
  • the smartphone camera is available as an image acquisition unit for detecting the luminescence signals of the phosphor.
  • the image acquisition unit is preferably equipped with a CMOS sensor and an IR filter. It therefore has a spectral sensitivity that covers the entire visible spectral range up to about 750 nm. Single images, image series or video recordings can be recorded by means of the image acquisition unit.
  • the phosphor used to create the security feature this means that it must be configured in such a way that, after the excitation has taken place, it emits with the highest possible intensity, preferably in the spectral range between 480 nm and 750 nm.
  • the mobile terminal device used according to the invention for verifying the security feature is preferably a conventional smartphone. It is understandable for the person skilled in the art that the same functionality can also be integrated into a tablet or a similar multifunctional data processing device, for which purpose it must be equipped with a camera with an image acquisition unit and/or lighting unit and a data processing unit. Devices of this type that have the same effect should also be included in the invention.
  • the data processing unit is preferably a processor, in particular a microprocessor.
  • the phosphor is preferably arranged in the security feature in such a way that it forms a pattern.
  • the phosphor pigments are preferably applied to a carrier as a defined pattern.
  • the pattern can be arranged as a shape such as a triangle or a star.
  • the pattern of the security feature formed by the phosphor itself can contain data and be arranged as a code, for example a QR code.
  • the luminescent pigments are printed as a security feature, for example on a security document.
  • the printing or application can be done using known printing methods such as gravure printing, flexographic printing, offset printing or screen printing.
  • the phosphor can be applied to the security document or introduced into the security document by coating processes or lamination processes.
  • the grain size distribution of the phosphor pigments is preferably adapted to the respective printing and application process.
  • the security feature in particular the phosphor, preferably has high processing stability.
  • the phosphor has high thermal and mechanical stability.
  • the phosphor preferably has high aging resistance to environmental influences. Stability and resistance to aging are required in order to ensure that the security feature can be reliably verified over the entire life cycle of the security document.
  • An advantage of the security feature according to the invention which comprises a phosphor, can be seen in the fact that the security feature can be excited by means of a smartphone flash light due to the specially configured luminescence characteristics of the phosphor and its emission can be detected by the smartphone camera, which is a simple, enables quick 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 a special phosphor with decay times in the ms range for providing the security feature, the luminescence signals of which can still be reliably measured even after the end of the excitation process.
  • the verification advantageously does not relate exclusively to the proof of the presence of the security feature, it also includes the emission spectrum, the specific form of the decay curve (decay characteristic) and the pattern formed by the luminescent pigments in the authenticity test as authenticity criteria.
  • Another advantage of the security feature is that it cannot be visually perceived by humans.
  • the arrangement according to the invention comprises a security feature according to the invention in one of the embodiments described above, which is attached to a valuable or security document or incorporated into a valuable or security document.
  • the arrangement includes a smartphone, which includes an illumination unit, an image acquisition unit and a data processing unit.
  • the exposure time must be adapted to the decay time of the phosphor used.
  • the emission intensity of the phosphor should be zero, just as it was before the flash light was excited.
  • This frame can then be used as a reference for calculating the image differences (B 1 -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 other methods for image analysis can be regarded as an essential prerequisite for not only proving the presence of a selected inventive phosphor with the help of the smartphone, but also at the same time verify spectral emission and exclusive decay characteristics.
  • the distance between the smartphone and the security feature can be checked as small as possible when verifying the authenticity of the security document.
  • the intensity of flash light excitation can be increased and the disturbing influence of extraneous light can be significantly reduced.
  • the distance between the detection device and the security document can be selected to be smaller than the shaft adjustment range of the smartphone; sharp images are not required for the exception and verification of the diffuse luminescence signals.
  • the smartphone must be configured with an app in such a way that at least the following steps are carried out to verify the security feature:
  • the security feature is excited to luminescence by means of the lighting unit of the smartphone, preferably by triggering a single flash of the LED flash light module, so that the security feature emits electromagnetic radiation in the visible spectral range.
  • the decaying luminescence signals of the phosphor of the security feature according to the invention occurring after the end of the excitation are detected by means of the image acquisition unit, ie with the aid of the camera module of the smartphone.
  • the luminescence characteristics in the captured images are evaluated by the data processing unit and compared with reference data in order to verify the security feature and to confirm the authenticity of the security document.
  • the security feature 01 serves to prove the authenticity of the security document 02.
  • the security feature 01 has the shape of a star here. It is positioned below a visible feature 03, in this case the denomination of the banknote.
  • the security feature 01 consists of a phosphor that can be excited by the lighting unit of a smartphone, preferably in the blue spectral range, to luminescence that decays in the ms range, as disclosed above in the context of the description of the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an arrangement for verifying the security feature 01, the security feature being excited to luminescence by means of a lighting unit 04 of an image recording unit 06 of a mobile terminal device, namely a smartphone 07, in that the lighting unit 04 excites light, in particular white LED flashlight 08 with a spectral maximum of about 450 nm.
  • the flashlight 08 has an intensity I A .
  • the phosphor of the security feature 01 emits 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 with a camera 09 of the image recording unit 06 of the smartphone 07 by triggering a series or video recording.
  • the camera 09 operating as a detector detects ambient radiation I 0 of daylight or room light that impinges on the security feature 01 and the bank note 02 and is reflected there.
  • the influence of the ambient radiation I 0 can be kept small in the method according to the invention by keeping a distance d between the security feature 01 and the smartphone 07 small. Due to the small distance d, which is preferably below the focus range of the image recording unit 06, the smartphone 07 shields the ambient radiation I 0 for the most part. This is because sharp images are not required for reliable verification of the diffuse luminescence signals of the security feature.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the rise and fall behavior of the phosphor used in security feature 01.
  • An emission curve 11 of the security feature 01 excited to luminescence is shown in the diagram along a time axis t. Furthermore, a flash light excitation curve 12 is plotted along the time axis. If the single flash is fired using the smartphone 07 ( 2 ) is generated, the LED flashlight excitation curve 12 rises steeply, holds its level for a short time and then falls to zero in the ns to ⁇ s range. The phosphor of the security feature 01 is excited to luminescence by the electromagnetic radiation of the flashlight, with its emission curve 11 rising almost simultaneously with the flashlight excitation curve 12 .
  • the emission of the phosphor 11 decays significantly more slowly than the stimulating radiation of the smartphone's lighting unit, which is preferably equipped with white-emitting LEDs.
  • the decay time of the phosphor is in the ms range.
  • a reference image 14b can be recorded as the last image of the recorded image sequence.
  • an additional reference image 14a can also be recorded before the activation of the excitation radiation (triggering of the flash).
  • a start image 14a can optionally be recorded as an additional reference image before the series or video recordings that are decisive for the detection of the decaying luminescence signals of the security feature are triggered.
  • a positioning step 41 the secure document to be verified is positioned in such a way that it can be securely captured by the smartphone's image capture unit.
  • the start image 14a of the security feature is already generated before the triggering of the flash light excitation of the smartphone.
  • a detection step 43 a single flash is triggered with the help of the image recording unit of the lighting unit of the smartphone and a serial image or video recording is carried out in order to capture the luminescence signals of the phosphor used to create the security feature that are present after the end of the flash light excitation and decay in the ms range to record.
  • an emission analysis step 44 the recorded series of images and the reference recordings are compared using the data processing unit.
  • other methods of image processing such as contrast adjustment and histogram analysis are used of the different color channels is applied in order to verify in this way both the spectral emission and the exclusive decay characteristics of the phosphor used according to the invention.
  • the authenticity of the checked security document can be confirmed in a release step 45 by comparing the calculated parameters with the authenticity parameters of the security feature that are preferably stored in the data memory of the smartphone.
  • the authenticity and integrity of the security document can be confirmed by the verification of the security feature on the security document.
  • figure 5 shows an excitation spectrum 121 of the 700 nm emission band of a phosphor according to embodiment 1.
  • 0.2822 g CaCO 3 , 0.5335 g Sc 2 (C 2 O 4 ) 3 ⁇ 10.723H 2 O, 0.1803 g SiO 2 , 0.0052 g CeO 2 , and 0.0358 g MnC 2 O 4 .2H 2 O are completely homogenized using a mortar with the addition of acetone. After evaporating the solvent, the dry powder mixture is transferred to a corundum crucible. The sample is first precalcined in a chamber furnace at 500° C. for 2 h in an air atmosphere and then annealed in a tube furnace at 1400° C.
  • This phosphor has the formula (Ca 2.82 Ce 0.03 Mn 0.15 )(Sc 1.95 Mn 0.05 )Si 3 O 12 .
  • 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 is found that the phosphor specially configured via the phosphor composition and the selected preparation conditions has broadband emissions over the has the entire visible spectral range. Three emission bands with maxima at about 505 nm, 570 nm and about 700 nm are visible, the band with a maximum of about 700 nm having the highest relative intensity.
  • these bands can be attributed to the direct luminescence of the Ce 3+ activator ions (Ce 3+ on Ca 2+ site), as well as the emissions made possible by the Ce 3+ - Mn 2+ energy transfer of the Mn 2 + Coactivators (Mn 2+ on Ca 2+ -place or Mn 2+ on Assign Sc 3+ place).
  • Curve 1311 is the decay curve for the 505 nm emission
  • curve 1312 is the decay curve for the 570 nm emission
  • 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 differ significantly. As already explained, a decay in the nanosecond range is determined for the emission with a maximum of approximately 505 nm, while the luminescence bands with maxima of approximately 570 and approximately 700 nm have decay times in the single-digit and double-digit millisecond range. In addition, it is apparent to the person skilled in the art that the individual decay curves are very unlikely to run exponentially. Rather, the measured curves appear to have multi-exponential decay characteristics.
  • the 8 illustrates the color shift that results when the decaying luminescence is detected over the entire visible spectral range.
  • the 8 first a schematic representation of a CIE standard color table 15 of the CIE standard valence system.
  • the CIE standard valence system was Defined in 1931 in order to establish a relation between human color perception and the physical causes of the color stimulus and typically records all perceptible colors, whereby the color perception refers to that of a defined normal observer.
  • Each color or emission spectrum of a self-luminous object is represented by a single xy coordinate in the CIE table of norms.
  • the color coordinates of the luminescence signals measured integrally as a function of the decay time are shown in FIG 8 140 to 147 elements shown with the reference numerals.
  • the data determined for a phosphor according to exemplary embodiment 1 can be taken from the following table.
  • the color shift which tends to lead from the green to the red spectral range, results from the superimposition of the 6 emission bands shown and from the differences and the superimposition of the corresponding in the 7 illustrated decay curves of the phosphor according to the invention according to embodiment 1.
  • the special decay behavior described contributes to a large extent exclusivity of the Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 :Ce 3+ , Mn 2+ phosphor according to the invention.
  • 9 shows the emission spectra 1123, 113 of the stationary photoluminescence of the phosphors excited at 450 nm according to exemplary embodiments 2 and 3.
  • 10 shows the associated decay curves 132, 133 of the main emission bands of the phosphors excited at 450 nm according to exemplary embodiments 2 and 3.
  • the mixture is annealed for 2 h at 1000° C. in the air atmosphere of a chamber furnace in order to decompose the remaining organic residues.
  • the annealed material which now has a white body colour, is then mixed with two percent by mass of boric acid and annealed again this time for 4 hours at 1300° C. in a 5% forming gas atmosphere.
  • the resulting phosphor has the composition (Ca 2.895 Ce 0.03 Mn 0.075 ) (Sc 1.975 Mn 0.025 )Si 3 O 12 .
  • the curve 112 in the 9 shows the emission spectrum of this phosphor.
  • the curve 132 designates the decay curve for this phosphor, which preferably emits in the green spectral range.
  • the resulting black foam is dried in a drying cabinet at 150 °C, then finely ground and transferred to a porcelain crucible. After an initial two-hour annealing at 1000 °C in the air atmosphere of a chamber furnace and the subsequent addition of two percent by mass of boric acid to the cooled annealed material, another four-hour thermal treatment takes place at 1100 °C in a 5% forming gas atmosphere.
  • the emission spectrum of the phosphor obtained, measured at 450 nm excitation, is shown in curve 113 of FIG 9 shown, the associated decay curve is the curve 133 of 10 refer to.
  • the Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 :Ce 3+ , Mn 2+ phosphors are a particularly suitable class of phosphors for forming a security feature according to the invention.
  • numerous exclusive phosphor compositions can be created with different decay behavior and distinguishable emission spectra and, for this reason, with a markedly high level of security and authenticity.
  • the exclusive properties of the phosphors that can be used to protect valuable and security documents in the form of security features can be reliably verified with the help of commercially available smartphones.

Description

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 Sicherheitsdokuments mit einem solchen Sicherheitsmerkmal.The present invention relates to a security feature with a phosphor that can be verified using a commercially available smartphone. The invention also relates to an arrangement for verifying a security document with such a security feature.

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 nachgewiesen 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.It has long been known from the prior art to use security features equipped with luminescent substances (phosphors) for the protection and for the authentication of value and security documents. They are mostly used as so-called Level 2 characteristics. Their presence can be detected via the emission of the phosphors, which can be excited with simple hand-held devices (UV or IR radiation sources) and mostly occurs in the visible spectral range. They also serve as copy protection. On the other hand, luminescent security features equipped with a particularly high degree of security against forgery are also used as Level 3 features that can be read by machines. The authenticity verification of such features is usually associated with a high level of technical effort.

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.Both in the area of security and value documents and in the area of product protection, there is increasing interest in the use of authenticity features that have a high level of security (Level 2+ or Level 3 characteristics) but are not very technical have the effort checked.

So ist aus der WO 2012/083469 A1 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.That's it WO 2012/083469 A1 a device for authentication of marked with photochromic systems documents known. The photochromic security feature shows a color change and/or a change in shape under the action of a flash light excitation. It is also described that the security feature is based on a retinal protein.

Aus der DE 10 2015 219 395 A1 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.From the DE 10 2015 219 395 A1 an identification feature with at least two identification elements arranged in a defined, limited area for identifying an object is known. Upon exposure of the surface to visible light, a first identification element made of ink becomes visually visible and a second identification element is not visually visible.

Die EP 0 091 184 A1 nennt einen sulfidischen Leuchtstoff, welcher mit einer langen Nachleuchtzeit grünes bis orangenes Licht emittiert. Dieser Leuchtstoff ist durch die allgemeine Formel (Zn1-x, Cdx) S:eMI', fMIII', gX' beschrieben, wobei MI' aus Kupfer und Gold gewählt ist, MIII' aus Gallium und Indium gewählt ist, und X' aus Chlor, Brom, Jod, Fluor und Aluminium gewählt ist.the EP 0 091 184 A1 names a sulfide phosphor that emits green to orange light with a long afterglow time. This phosphor is described by the general formula (Zn 1-x , Cd x ) S:eM I' , fM III' , gX', where M I' is selected from copper and gold, M III' is selected from gallium and indium , and X' is selected from chloro, bromo, iodo, fluoro and aluminum.

Die WO 02/071347 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Authentifizierung von Sicherheitsdokumenten oder -gegenständen, welche eine lumineszierende Verbindung aufweisen. Die Verbindung ist durch Anregungslicht anregbar.the WO 02/071347 A1 describes a method and a device for the authentication of security documents or objects which have a luminescent compound. The compound is excitable by excitation light.

Aus der US 7,079,230 B1 ist ein Verfahren sowie eine Authentifikationseinrichtung zum Detektieren einer Authentifikationsmarkierung bekannt.From the U.S. 7,079,230 B1 a method and an authentication device for detecting an authentication mark are known.

Die EP 1 672 568 A1 beschreibt fälschungssichere Sicherheitsetiketten sowie einen optischen Scanner zum Beleuchten, Detektieren und Klassifizieren einer Probe bzw. des Sicherheitsetiketts.the EP 1 672 568 A1 describes counterfeit-proof security labels and an optical scanner for Illuminating, detecting and classifying a sample or the security label.

In der US 2010/0102250 A1 sind ein Verfahren und ein Gerät zur Authentifikation eines fotolumineszierenden Sicherheitsmerkmals beschrieben.In the U.S. 2010/0102250 A1 describes a method and a device for the authentication of a photoluminescent security feature.

Die US 2016/0314374 A1 beschreibt eine Vorrichtung für ein portables Smart-Gerät sowie ein Verfahren zum Authentifizieren eines zu authentifizierenden Objekts.the U.S. 2016/0314374 A1 describes a device for a portable smart device and a method for authenticating an object to be authenticated.

Aus der US 2013/0153789 A1 ist ein lumineszierendes Material und Gegenständen mit diesem Material bekannt. Weiterhin ist ein Verfahren zur Authentifikation der Gegenstände mit dem lumineszierenden Material beschrieben. Das Material besteht aus einem ersten Partikel eines ersten anorganischen Wirtsgitters mit mindestens einer ersten Substanz und einem zweiten Partikel eines zweiten anorganischen Wirtsgitters mit mindestens einer zweiten Substanz.From the US 2013/0153789 A1 is a luminescent material and articles with this material known. Furthermore, a method for authenticating the objects with the luminescent material is described. The material consists of a first particle of a first inorganic host lattice with at least one first substance and a second particle of a second inorganic host lattice with at least one second substance.

Die WO 2018/007444 A1 beschreibt ein Verfahren zum Authentifizieren einer Sicherheitsmarkierung sowie die Sicherheitsmarkierung und ein Lesegerät, welches das Verfahren ausführen kann. Die Sicherheitsmarkierung kann ein lang nachleuchtendes Lumineszenzlicht emittieren. Zum Erzeugen und Erfassen der Emission kommt das Lesegerät mit CPU-Einheit und Speichereinheit, beispielsweise ein Smartphone, zum Einsatz.the WO 2018/007444 A1 describes a method for authenticating a security marking, as well as the security marking and a reader capable of carrying out the method. The security marking can emit a long-lasting luminescent light. The reading device with CPU unit and memory unit, for example a smartphone, is used to generate and record the emission.

Die WO 2013/012656 A1 offenbart verschiedene Leuchtstoffzusammensetzungen, die ein oder mehrere emittierende Ionen sowie ein oder mehrere Störstellenionen umfassen. Ein emittierendes Ion ist durch eine erste Abklingzeitkonstante im ungestörten Zustand gekennzeichnet. Die Störstellenionen führen zu einem vorbestimmten Abklingverhalten mit einer veränderten Abklingzeit, die größer Null und kleiner als die ungestörte Abklingzeit ist. Ein Authentifizierungssystem ist für die Messung der Abklingzeit konfiguriert, wenn diese Leuchtstoffzusammensetzung an einem Artikel angebracht ist.the WO 2013/012656 A1 discloses various phosphor compositions comprising one or more emissive ions and one or more impurity ions. An emitting ion is defined by a first decay time constant im undisturbed state marked. The impurity ions result in a predetermined decay behavior with a modified decay time that is greater than zero and less than the unperturbed decay time. An authentication system is configured to measure the decay time when this phosphor composition is attached to an article.

Die WO 2013/034471 A1 sowie die DE 10 2011 082 174 A1 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 Sicherheitsmerkmal mit Anregungslicht bestrahlt, sowie eine Bildaufnahmeeinrichtung (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.the WO 2013/034471 A1 as well as the DE 10 2011 082 174 A1 describe an apparatus for recognizing a document having a phosphor-based security feature with so-called wavelength conversion properties. For this purpose, a light generating device (e.g. an LED flash unit) is provided, which irradiates the security feature with excitation light, and an image recording device (e.g. a digital camera of a mobile communication device), which is intended to record the light emitted by the security feature. However, it has been shown that the disclosed phosphors regularly have decay times that do not allow the emission to be evaluated using widely used devices, in particular an authenticity check using commercially available smartphones.

Die WO 2013/034603 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verifikation 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 elektromagnetische 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 ausgegeben. Insbesondere soll das Verfahren mit einem Smartphone ausgeführt werden, wobei das Blitzlichtmodul des Smartphones als Anregungsquelle und der Fotosensor der Kamera des Smartphones als Detektionseinheit zur Anwendung kommen. Als Leuchtstoffe für das pigmentartige fluoreszierende Druckelement werden anorganische Leuchtstoffe genannt, nämlich nitridische Leuchtstoffe; Europium-dotierte Erdalkaliorthosilikat- und Erdalkalioxyorthosilikatleuchtstoffe; Cer-dotierte Seltenerdmetall-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-Konversionsleuchtstoffe. Es hat sich aber gezeigt, dass es praktisch nicht möglich ist, die Lumineszenzsignale dieser schnell abklingenden Leuchtstoffe direkt während der Blitzlichtanregung 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.the WO 2013/034603 A1 describes a method for verifying a security document with a security feature in the form of a fluorescent printing element. The method provides that the printing element by means of a light source is excited and it emits electromagnetic radiation as a result of this excitation, which can be detected in a further step by means of a sensor. The recorded data is evaluated by comparing it with specified data. In a further step, the verification result is output depending on the result of the comparison. In particular, the method is to be carried out with a smartphone, the flash module of the smartphone being used as the excitation source and the photo sensor of the camera of the smartphone being used as the detection unit. Inorganic phosphors, namely nitride phosphors, are mentioned as phosphors for the pigment-like fluorescent printing element; europium-doped alkaline earth orthosilicate and alkaline earth oxyorthosilicate phosphors; cerium-doped rare earth aluminum gallium garnet phosphors; red light emitting (Ca,Sr)S:Eu 2+ ; and green light emitting SrGa 2 S 4 :Eu 2+ . The proposed phosphors are so-called LED conversion phosphors which decay extremely quickly. However, it has been shown that it is practically not possible to reliably detect the luminescence signals of these rapidly decaying phosphors directly during the flash light excitation, because the luminescence signals have a much too low intensity compared to the excitation light and are covered by the high-intensity stimulating flash light of the smartphone .

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.In the practical application of the phosphors described in the aforementioned prior art, two hitherto unsolved problems have emerged. These previously known phosphors are regularly used as so-called conversion phosphors for the production of white LEDs, so that these phosphors are also regularly contained as radiation-converting components in the flashing LEDs of commercially available smartphones.

Das bedeutet, dass die Anregungsstrahlung der als Anregungsquelle 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 Sicherheitsdokumente ist bereits aus diesem Grund ausgeschlossen.This means that the excitation radiation from the smartphone flash units used as an excitation source has a high probability of having the same luminescence signals as are expected from the security feature to be examined. A reliable proof of authenticity of the value and security documents equipped with such security features is excluded for this reason alone.

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 Abklingzeiten im ns- bis µs-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.A second problem results from the fact that the luminescent materials mentioned in the prior art for use as security features usually have just as short decay times in the ns to µs range as they also apply to flashing LEDs for the reasons mentioned . In the case of excitation with the flashlight of a smartphone, the emissions originating from the security feature are either completely superimposed by the flashlight or they have already decayed before the image is recorded.

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 multifunktionalen, weit verbreiteten Datenverarbeitungsgerätes verifizierbar ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Verifikation eines solchen Sicherheitsmerkmals bereitzustellen.Based on the prior art, one object of the present invention is to provide an improved luminescent-based security feature that can be verified solely using a smartphone or a comparable multifunctional, widely used data processing device. A further object of the present invention is to provide an arrangement for verifying such a security feature.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch ein mit einem Smartphone verifizierbares, leuchtstoffbasiertes Sicherheitsmerkmal gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch eine Anordnung zur Verifikation eines solchen Sicherheitsmerkmals gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 9.According to the invention, the object is achieved by a luminescent-based security feature that can be verified with a smartphone according to appended claim 1 and by an arrangement for verifying such a security feature according to appended independent claim 9.

Ein allgemeiner Lösungsgedanke für die genannte Aufgabenstellung, 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 insbesondere 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 Bilderfassungseinheit 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 Ausnahmegeschwindigkeit der Bilderfassungseinheit des Smartphones angepasste Abklingzeit des erfindungsgemäßen Leuchtstoffes.A general idea for the solution to the stated task, which the invention implements, consists first of all in that a security feature is equipped with a specific phosphor that avoids the problems described above. For this purpose, this phosphor must be configured in such a way that it can be excited with a light source of a smartphone or a similar mobile data processing device, ie in particular a flashing LED of a smartphone. At the same time, the luminescent material must have such a luminescence characteristic that it is still possible to detect the luminescence signals with a high degree of certainty using the image acquisition unit of the same smartphone (mobile data processing device) even after the excitation process has ended. In addition to a high efficiency of the spectral excitability and a high luminescence yield, this primarily requires a decay time of the phosphor according to the invention that is adapted to the exceptional speed of the image acquisition unit of the smartphone.

Durch die Erfindung wird ein zuverlässig auswertbares Sicherheitsmerkmal bereitgestellt, welches es gestattet, exklusive Lumineszenzeigenschaften wie die spektrale Emissions-und Abklingcharakteristik der zur Erstellung des Sicherheitsmerkmals 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.The invention provides a security feature that can be reliably evaluated, which allows exclusive luminescence properties such as the spectral emission and decay characteristics of the special phosphors used to create the security feature to be included in the test as authenticity criteria. In addition, it is of great advantage that the decaying luminescence signals of the security feature according to the invention are not visible to the human eye either during or after the end of the excitation. It has been shown that the options for providing suitable phosphors for realizing the inventive solution shown are severely limited. This applies in particular to the required decay characteristics.

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 Sortiermaschinen geprüft werden. Durch die vorliegende Erfindung wird erstmals eine Echtheitsprüfung solcher exklusiven Merkmale mit Hilfe handelsüblicher Smartphones ermöglicht.The invention provides a level 3 feature or at least a feature with level 2+ functionality, as can be used in security and value documents for authenticity verification. Such features are generally invisible to the human eye, for example even after excitation with UV or IR light sources. Until now, their characteristics could only be tested with great technical effort, for example with the help of high-speed sorting machines. The present invention makes it possible for the first time to check the authenticity of such exclusive features using commercially available smartphones.

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 Beleuchtungseinheit 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 Abklingzeit im ms-Bereich auf. Erfindungsgemäß sind die Abklingzeiten im Bereich zwischen 1 bis 100 ms, bevorzugt im Bereich zwischen 5 bis 50 ms, nochmals bevorzugt zwischen 10 und 30 ms ausgewählt.The security feature according to the invention can be applied to or in a valuable or security document and comprises a luminescent material that can be excited to luminescence with electromagnetic radiation of a predetermined wavelength, such as can be generated by a lighting unit of a smartphone, whereupon the luminescent material is emitted by the camera device a smartphone emits detectable radiation. The emission of the phosphor has a decay time in the ms range. According to the invention, the decay times are selected in the range between 1 and 100 ms, preferably in the range between 5 and 50 ms, again preferably between 10 and 30 ms.

Der Abklingvorgang (Abklingprozess) kennzeichnet grundsätzlich die zeitabhängige Abnahme der Intensität der von einem Leuchtstoff emittierten Strahlung. Dabei kann die Abklingkurve häufig mit einer einfachen Exponentialgleichung der Form I = I0 e-(t/τ) beschrieben werden. Die darin enthaltene Abklingkonstante τ bezeichnet diejenige Zeitdauer bis zu der die Intensität der Emission nach dem Abschalten der Anregungsquelle 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 unterschiedlicher Relaxationsprozesse gegebenenfalls auch multiexponentielle (beispielsweise bi- oder triexponentielle) Abklingkurven.The decay process (decay process) basically characterizes the time-dependent decrease in the intensity of the radiation emitted by a phosphor. The decay curve can often be described with a simple exponential equation of the form I = I 0 e-(t/τ) . The decay constant τ contained therein denotes the length of time up to which the intensity of the emission has fallen by 36.79% (=1/e-th) of the output intensity after the excitation source has been switched off is. However, it has been shown that not all luminescent substances exhibit a mono-exponential decay. Rather, multi-exponential (e.g. bi- or tri-exponential) decay curves may also result from the superimposition of different relaxation processes.

Als eine besonders geeignete Leuchtstoffklasse für das Sicherheitsmerkmal haben sich Ce3+- und Mn2+- codotierte Silikat-Granat-Leuchtstoffe (CSS) erwiesen, die mit der Formel: Ca3Sc2Si3O12:Ce3+, Mn2+
beschrieben werden können. Derartige Leuchtstoffe zeichnen sich durch eine hohe Absorptionsstärke bei 450 nm, eine hohe Lumineszenzintensität und durch einen effizienten Energietransfer zwischen den Ce3+ und den Mn2+ Ionen aus.
Ce 3+ - and Mn 2+ - co-doped silicate garnet phosphors (CSS) have proven to be a particularly suitable class of phosphors for the security feature, with the formula: Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 : Ce 3+ , Mn 2 +
can be described. Such phosphors are characterized by a high absorption strength at 450 nm, a high luminescence intensity and an efficient energy transfer between the Ce 3+ and the Mn 2+ ions.

Gemäß einer alternativen Schreibweise kann der Leuchtstoff mit der Formel:

        (Ca1-xCex)3(Sc1-zMnz)2Si3O12

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.
According to an alternative notation, the phosphor can be written with the formula:

(Ca 1-x Ce x ) 3 (Sc 1-z Mn z ) 2 Si 3 O 12

be described, whereby on the basis of the known ionic radii in the technical literature it is often assumed that the Ce 3+ ions are preferentially installed on Ca 2+ and the Mn 2+ ions preferentially on Sc 3+ lattice positions.

Bei experimentellen Untersuchungen wurde überraschenderweise festgestellt, dass phasenreine, hocheffiziente und besonders stabile Ca3Sc2Si3O12: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 eingebaut 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.In experimental investigations, it was surprisingly found that phase-pure, highly efficient and particularly stable Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 :Ce 3+ , Mn 2+ phosphors are formed above all when it is assumed when calculating the starting material weights that the Mn 2+ ions are incorporated into the lattice at both Ca 2+ and Sc 3+ sites. Particularly good results are obtained when the weight-in calculations are based on the assumption that about 75% of the Mn 2+ coactivators replace the Ca 2+ and about 25% the Sc 3+ ions as lattice components.

Besonders bevorzugt ist der erfindungsgemäße Leuchtstoff durch folgende
allgemeine chemische Formel beschreibbar:

        (Ca1-x-yCexMny)3(Sc1-zMnz)2Si3O12

  • mit 0<x≤0,1; 0<y≤0,8; 0<z≤0,8
  • wobei ein y/z Verhältnis von ≈ 2 bevorzugt ist.
The phosphor according to the invention is particularly preferred by the following
general chemical formula can be described:

(Ca 1-xy Ce x Mn y ) 3 (Sc 1-z Mn z ) 2 Si 3 O 12

  • with 0<x≤0.1;0<y≤0.8;0<z≤0.8
  • with a y/z ratio of ≈ 2 being preferred.

Unter Beachtung der stöchiometrischen Faktoren entspricht dies dem angegebenen Verhältnis für die Besetzung der Ca2+ bzw. Sc3+ Gitterplätze durch Mn2+ Coaktivatorionen.Taking the stoichiometric factors into account, this corresponds to the specified ratio for the occupation of the Ca 2+ or Sc 3+ lattice sites by Mn 2+ coactivator ions.

Mit den beschriebenen Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ Materialien werden besonders vorteilhafte Leuchtstoffe gemäß der Erfindung bereitgestellt, die Emissionen mit Abklingzeiten zwischen 5 und 30 ms aufweisen und deren Lumineszenzsignale auch nach Beendigung der Blitzlichtanregung mit hoher Sicherheit unter Verwendung der Kameramodule handelsüblicher Smartphones detektiert werden können.With the Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 :Ce 3+ ,Mn 2+ materials described, particularly advantageous phosphors are provided according to the invention which have emissions with decay times between 5 and 30 ms and whose luminescence signals are highly reliable even after the flash light excitation has ended can be detected using the camera modules of commercially available smartphones.

Die Emissionsspektren der erfindungsgemäßen Leuchtstoffe bestehen aus jeweils drei Banden, die der direkten Lumineszenz der Ce3+ Aktivatorionen (Bande mit einem λmax 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) .The emission spectra of the phosphors according to the invention each consist of three bands, the direct luminescence of the Ce 3+ activator ions (band with a λ max of about 505 nm), and the Ce 3+ - Mn 2+ energy transfer enabled emissions of the different lattice site positioned Mn 2+ coactivators. The maxima of the last-mentioned emission bands are around 570 nm (Mn 2+ on Ca 2+ place) and around 700 nm (Mn 2+ on Sc 3+ place).

Die relativen Intensitäten der unterschiedlichen Emissionsbanden können über die Konzentrationen der Aktivator- und Coaktivatorionen sowie über die jeweiligen Konzentrationsverhältnisse 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 Millisekunden-Bereich (Mn2+ auf Sc3+ Platz) erreicht.The relative intensities of the different emission bands can be determined via the concentrations of the activator and coactivator ions and via the respective concentration ratios be varied and adjusted. In addition, the individual emissions have different spectral decay times. While the decay time of the quantum-mechanically permitted Ce 3+ emission is in the nanosecond range, decay times for the two Mn 2+ emission bands resulting from quantum-mechanically forbidden optical transitions are in the single-digit (Mn 2+ on Ca 2+ place) or in the two-digit millisecond range (Mn 2+ on Sc 3+ place) achieved.

Die Tatsache, dass sich die im grünen Spektralbereich anzutreffenden 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 modifizierten CSS-Leuchtstoffe durch unterschiedliche spektrale Abklingkurven mit unterscheidbaren Abklingzeiten charakterisiert. Andererseits ergibt sich aus dieser Konstellation, dass für den Fall, dass bei den Abklingmessungen 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.The fact that the emission bands found in the green spectral range with maxima at around 505 and 570 nm overlap to a pronounced extent due to their comparatively large half-widths, also leads to an overlapping of the decay curves of these emissions. Nevertheless, the modified CSS phosphors are characterized by different spectral decay curves with different decay times. On the other hand, this constellation means that if the entire visible spectral range is detected in the decay measurements, a significant color shift of the decaying luminescence of the phosphors results. Furthermore, it has been shown that the individual emission bands do not exhibit any mono-exponential decay curves due to their characteristic superimpositions. Rather, bi- or tri-exponential decay curves are characteristic.

Das beschriebene spezielle Abklingverhalten trägt in hohem Maße zur Exklusivität der erfindungsgemäßen Ca3Sc2Si3O12: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 Leuchtstoffe im ultravioletten Spektralbereich praktisch nicht anregbar und zum anderen ist die Körperfarbe der entsprechenden 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 Sicherheitsdokumente 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 Abklingverhalten 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.The special decay behavior described makes a major contribution to the exclusivity of the Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 :Ce 3+ ,Mn 2+ phosphors according to the invention. There are also other properties that recommend these phosphors for use in luminescent security features, the presence and authenticity of which can be verified using commercially available smartphones. On the one hand are the named phosphors practically not excitable in the ultraviolet spectral range and on the other hand the body color of the corresponding luminescent pigments is such that it can be easily matched to the color design of the security and valuable documents to be protected (banknotes, identity cards, passports, driver's licenses, etc.) or adapted to the production of these Documents used inks can be covered. This means that the presence of the CSS:Ce 3+ ,Mn 2+ phosphors incorporated into the security documents as a security feature cannot be recognized by the viewer either with the naked eye or with the aid of conventional UV excitation sources. On the other hand, it is a special embodiment of the invention that, with UV excitation, effectively luminescent, rapidly decaying phosphors are added to the phosphors with delayed decay behavior that emit almost exclusively in the visible spectral range and can preferably be excited at 450 nm. The stationary photoluminescence of the corresponding additional components, which is clearly perceptible with UV excitation, can serve as a security-enhancing masking of the security features integrated into the security documents.

Auch wenn die Auswahlmöglichkeiten für die Bereitstellung der für die Realisierung der aufgezeigten erfinderischen Lösung benötigten Leuchtstoffe stark eingeschränkt sind, gibt es neben den Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ Leuchtstoffen doch einige weitere Materialien, die auf Grund ihres Abklingverhaltens zur Herstellung von Sicherheitsmerkmalen eingesetzt werden könnten, aber nicht in den Schutzbereich der Ansprüche fallen. In der nachfolgenden Tabelle sind einige der auf ihre Eignung gemäß der Erfindung getesteten sowie nicht erfindungsgemäße Leuchtstoffkompositionen einschließlich der für die erfinderische Anwendung relevanten Lumineszenzeigenschaften zusammengestellt. Verbindung λem [nm] Abklingzeit τ [ms] Lumineszenzausbeute Anregbarkeit bei 450 nm Ce3+/Eu2+-,Mn2+- coaktivierte Verbindungen hoch Ca3SC2Si3O12: Ce3+,Mn2+ 470 - 900 5-30 stark Ca3Sc2Ge3O12: Ce3+,Mn2+ 470 - 850 5-15 schwach Sr3Sc2Ge3O12: Ce3+,Mn2+ 470 -800 3-15 moderat Ca9MgNa(PO4)7: Eu2+,Mn2+ 500 - 750 ~ 26 schwach - moderat BaMg2Si2O7: Ce3+,Mn2+,Dy3+ 570 - 800 5-10 schwach - moderat BaMg2Si2O7: Mn2+,Dy 3+ 570 - 800 ~ 5 schwach CaSiO3: Eu2+,Mn2+ 550 - 700 10-20 schwach - moderat Ca2P2O7: Eu2+,Mn2+ 400 - 660 10-20 schwach Cr3+- aktivierte Verbindungen hoch ZnGa2O4: Cr3+,Bi3+ 650 - 770 5-10 moderat Zn3Ga2SnO8: Cr3+,Bi3+ 660 - 820 1-5 moderat Mn4+-aktivierte Verbindungen hoch BaGeF6: Mn4+ ~ 634 ~ 6 moderat K2SiF6: Mn4+ ~ 631 ~8 moderat - stark Even if the options for providing the phosphors required for the realization of the inventive solution shown are severely limited, there are a few other materials in addition to the Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 :Ce 3+ ,Mn 2+ phosphors that are due to their decay behavior could be used to produce security features, but do not fall within the scope of the claims. The table below lists some of the phosphor compositions tested for their suitability according to the invention and those not according to the invention, including those for the inventive Application relevant luminescence properties compiled. connection λem [nm] Decay time τ [ms] luminescence yield Excitability at 450 nm Ce 3+ /Eu 2+ -,Mn 2+ - coactivated compounds high Ca 3 SC 2 Si 3 O 12 : Ce 3+ , Mn 2+ 470 - 900 5-30 strong Ca3Sc2Ge3O12 : Ce3 + , Mn2 + 470 - 850 5-15 weak Sr 3 Sc 2 Ge 3 O 12 : Ce 3+ , Mn 2+ 470-800 3-15 moderate Ca 9 MgNa(PO 4 ) 7 : Eu 2+ ,Mn 2+ 500-750 ~ 26 weak - moderate BaMg2Si2O7 : Ce3 + , Mn2 + , Dy3 + 570 - 800 5-10 weak - moderate BaMg2Si2O7 : Mn2 + , Dy3 + 570 - 800 ~ 5 weak CaSiO3 : Eu2 + , Mn2 + 550 - 700 10-20 weak - moderate Ca2P2O7 : Eu2 + , Mn2 + 400 - 660 10-20 weak Cr 3+ - activated compounds high ZnGa2O4 : Cr3 + , Bi3 + 650 - 770 5-10 moderate Zn3Ga2SnO8 : Cr3 + , Bi3 + 660 - 820 1-5 moderate Mn 4+ activated compounds high BaGeF 6 : Mn 4+ ~ 634 ~ 6 moderate K2SiF6 : Mn4 + ~ 631 ~8 moderate - strong

Insbesondere enthält die Tabelle Angaben zu den gemessenen Maxima der jeweiligen Emissionsbanden und zu den Abklingzeiten. Zur Bewertung der Lumineszenzausbeute und der spektralen Anregbarkeit bei 450 nm wurde eine verbale Skalierung verwendet.In particular, the table contains information on the measured maxima of the respective emission bands and on the decay times. Verbal scaling was used to assess luminescence yield and spectral excitability at 450 nm.

Bei den aufgeführten Leuchtstoffen handelt es sich im Wesentlichen um Ce3+- und Mn2+- codotierte Silikat-Granate bzw. Germanat-Granate, um mit Mn2+- Ionen aktivierte und gegebenenfalls zusätzlich mit bestimmten Seltenerdionen (Ce3+, Eu2+, Dy3+) coaktivierte komplexe silikatische oder phosphatisch Grundgitter, um Cr3+- aktivierte Gallatverbindungen sowie um die Mn4+- aktivierten Leuchtstoffe BaGeF6:Mn4+ und K2SiF6:Mn4+.The phosphors listed are essentially Ce 3+ - and Mn 2+ - co-doped silicate garnets or germanate garnets, activated with Mn 2+ ions and possibly additionally with certain rare earth ions (Ce 3+ , Eu 2 + , Dy 3+ ) co-activated complex silicate or phosphate basic lattices, around Cr 3+ - activated gallate compounds and around the Mn 4+ - activated phosphors BaGeF 6 :Mn 4+ and K 2 SiF 6 :Mn 4+ .

Diese Auflistung besitzt keinen abschließenden Charakter.This list is not final.

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.In this context, it is to be regarded as extremely advantageous to modify phosphors that appear to be suitable by deliberately changing their chemical composition, i.e. by deliberately made substitutions in the cation and/or anion partial lattice, in such a way that their luminescence properties, in particular their characteristic decay times, change significantly differ from the data described in the technical literature. In this way, the exclusivity of the luminescent materials with a delayed decay and the counterfeit security of the corresponding security features can be significantly increased.

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.A further embodiment of the invention is characterized in that phosphor mixtures are used to create the security features, the individual, preferably exclusive components of which have different and sensorically distinguishable decay times. In this case, too, there is an increase in the protection against forgery of the security features according to the invention.

Bevorzugt weist der Leuchtstoff eine Abklingzeit im einstelligen 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.The phosphor preferably has a decay time in the one-digit or two-digit ms range, so that the emission of the phosphor can be detected with an image acquisition unit, in particular with a camera of a smartphone. Currently known smartphone cameras have an image frequency in the range of 240 fps (frames per second) up to 960 fps. Higher frame rates are conceivable, above all, in future devices, but this makes it possible to use the invention described here not opposed. With the frame rates currently known, the smartphone camera can record the first image after around 4.2 ms or, in exceptional cases, after 1 ms.

Die Bildfrequenz des eingesetzten Bildsensors (insbesondere Smartphone-Kamera) bestimmt eine untere Grenze für die Abklingzeit der im Sinne der Erfindung einsetzbaren Leuchtstoffe. 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 Leuchtstoffes in diesem Falle kleiner als 1 s sein, da ein Nachleuchten des Leuchtstoffes, das länger als 1 s andauert vom menschlichen Normalbeobachter wahrgenommen werden kann.The image frequency of the image sensor used (especially a smartphone camera) determines a lower limit for the decay time of the phosphors that can be used within the meaning of the invention. In the event that the security feature should not be recognized by the human eye in terms of realizing a particularly high security level, an upper limit is specified by the physiology of human vision. In particular, the decay time of the phosphor should be less than 1 s in this case, since an afterglow of the phosphor that lasts longer than 1 s can be perceived by a normal human observer.

Erfindungsgemäß 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 Emissionsspektrums mit mehreren Emissionsmaxima im sichtbaren Spektralbereich 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 Emissionsbanden liegen in der aufgeführten Reihenfolge im ns-, im einstelligen bzw. im zweistelligen ms-Bereich.According to the invention, the phosphor is a Ce 3+ or Mn 2+ co-doped silicate garnet phosphor. When excited with the light of white-emitting LEDs, preferably at a maximum wavelength of 450 nm, the stationary luminescence of the phosphor has a broadband emission spectrum with several emission maxima in the visible spectral range. These maximums are around
  • 505 nm (assignable to the emission of Ce 3+ ions on dodecahedral Ca 2+ sites),
  • 570 nm (assignable to the sensitized emission of Mn 2+ ions on dodecahedral Ca 2+ sites),
  • 700 nm (assignable to the sensitized emission of Mn 2+ ions on Sc 3+ octahedral sites).
The spectral decay times of the different emission bands are in the listed order in the ns, in the one-digit or in the two-digit ms range.

Bevorzugt liegt die Abklingzeit des Leuchtstoffes des Sicherheitsmerkmals im Bereich von 1 ms bis 50 ms. Besonders bevorzugt weist der Leuchtstoff des Sicherheitsmerkmals eine Abklingzeit von 10 ms bis 30 ms auf.The decay time of the phosphor of the security feature is preferably in the range from 1 ms to 50 ms. The phosphor of the security feature particularly preferably has a decay time of 10 ms to 30 ms.

Damit das Sicherheitsmerkmal allein mittels eines Smartphones erfassbar ist, ist der Leuchtstoff so konfiguriert, dass er im sichtbaren Spektralbereich, insbesondere im blauen Spektralbereich anregbar ist, damit die Blitzlichtquelle des Smartphones 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.So that the security feature can only be detected using a smartphone, the phosphor is configured in such a way 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 smartphone can deliver this excitation radiation. Furthermore, the phosphor is configured in such a way that it emits in the visible spectral range in order to ensure that it can be detected with the camera module of a commercially available smartphone. In addition, the phosphor is configured in such a way that its luminescence decays in the ms range after the flash excitation is completed, so that reliable verification is possible after the excitation has ended.

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 Konversionsleuchtstoffe 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 umzuwandeln. Das weiße Licht der als Beleuchtungseinheit handelsüblicher 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 Sicherheitsmerkmals 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 Anregbarkeit des Leuchtstoffes bei etwa 450 nm.The white light of a lighting unit of a smartphone is generated by an LED, which consists of an LED semiconductor chip emitting at approximately 450 nm, for example, and one or more LED conversion phosphors placed above the LED semiconductor chip. These conversion phosphors are capable of converting the emission of the blue LED proportionately into longer-wave visible luminescence radiation (broadband emissions in the green, yellow and red spectral range) with an emission maximum of around 560 nm, for example. The white light of the LED available as the lighting unit of commercially available smartphones results from the additive color mixture of the individual luminescence components described, with the blue spectral component having a significantly higher intensity. That means that the The phosphor that can be used to provide the security feature according to the invention must preferably be configured in such a way that it has a high efficiency of spectral excitability, particularly in the range between 420 nm and 470 nm. The maximum of the spectral excitability of the phosphor is particularly preferably at about 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 Bilderfassungseinheit können Einzelbilder, Bildserien oder Videoaufnahmen 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 Spektralbereich zwischen 480 nm und 750 nm emittiert.The smartphone camera is available as an image acquisition unit for detecting the luminescence signals of the phosphor. The image acquisition unit is preferably equipped with a CMOS sensor and an IR filter. It therefore has a spectral sensitivity that covers the entire visible spectral range up to about 750 nm. Single images, image series or video recordings can be recorded by means of the image acquisition unit. For the phosphor used to create the security feature, this means that it must be configured in such a way that, after the excitation has taken place, it emits with the highest possible intensity, preferably in the spectral range between 480 nm and 750 nm.

Das für die Verifikation des Sicherheitsmerkmals erfindungsgemäß verwendete mobile Endgerät ist vorzugsweise ein herkömmliches 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 Datenverarbeitungseinheit ausgerüstet sein muss. Derartig gleich wirkende Geräte sollen von der Erfindung ebenfalls umfasst sein. Bevorzugt ist die Datenverarbeitungseinheit ein Prozessor, insbesondere ein Mikroprozessor.The mobile terminal device used according to the invention for verifying the security feature is preferably a conventional smartphone. It is understandable for the person skilled in the art that the same functionality can also be integrated into a tablet or a similar multifunctional data processing device, for which purpose it must be equipped with a camera with an image acquisition unit and/or lighting unit and a data processing unit. Devices of this type that have the same effect should also be included in the invention. The data processing unit is preferably a processor, in particular a microprocessor.

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, Offsetdruck oder Siebdruck erfolgen. Weiterhin kann der Leuchtstoff durch Beschichtungsverfahren oder Laminierungsverfahren auf das Sicherheitsdokument aufgebracht oder in das Sicherheitsdokument eingebracht werden. Bevorzugt ist die Korngrößenverteilung der Leuchtstoffpigmente an das jeweilige Druck- und Applikationsverfahren angepasst.The phosphor is preferably arranged in the security feature in such a way that it forms a pattern. The phosphor pigments are preferably applied to a carrier as a defined pattern. The pattern can be arranged as a shape such as a triangle or a star. Alternatively, the pattern of the security feature formed by the phosphor itself can contain data and be arranged as a code, for example a QR code. The luminescent pigments are printed as a security feature, for example on a security document. The printing or application can be done using known printing methods such as gravure printing, flexographic printing, offset printing or screen printing. Furthermore, the phosphor can be applied to the security document or introduced into the security document by coating processes or lamination processes. The grain size distribution of the phosphor pigments is preferably adapted to the respective printing and application process.

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.The security feature, in particular the phosphor, preferably has high processing stability. In particular, the phosphor has high thermal and mechanical stability. The phosphor preferably has high aging resistance to environmental influences. Stability and resistance to aging are required in order to ensure that the security feature can be reliably verified over the entire life cycle of the security document.

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 Sicherheitsmerkmals ermöglicht. Es kann eine Authentizitätsprüfung und/oder Integritätsprüfung erfolgen. Es hat sich als vorteilhaft 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 Verifikation bezieht sich in vorteilhafter Weise nicht ausschließlich auf den Nachweis der Anwesenheit des Sicherheitsmerkmals, sie schließt als Echtheitskriterien auch das Emissionsspektrum, die konkrete Form der Abklingkurve (Abklingcharakteristik) 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.An advantage of the security feature according to the invention, which comprises a phosphor, can be seen in the fact that the security feature can be excited by means of a smartphone flash light due to the specially configured luminescence characteristics of the phosphor and its emission can be detected by the smartphone camera, which is a simple, enables quick 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 a special phosphor with decay times in the ms range for providing the security feature, the luminescence signals of which can still be reliably measured even after the end of the excitation process. The verification advantageously does not relate exclusively to the proof of the presence of the security feature, it also includes the emission spectrum, the specific form of the decay curve (decay characteristic) and the pattern formed by the luminescent pigments in the authenticity test as authenticity criteria. Another advantage of the security feature is that it cannot be visually perceived by humans.

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 Smartphone, welches eine Beleuchtungseinheit, eine Bilderfassungseinheit und eine Datenverarbeitungseinheit umfasst.The arrangement according to the invention comprises a security feature according to the invention in one of the embodiments described above, which is attached to a valuable or security document or incorporated into a valuable or security document. In addition, the arrangement includes a smartphone, which includes an illumination unit, an image acquisition unit and a data processing unit.

Es hat sich herausgestellt, dass ein vorteilhafter Lösungsansatz 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.It has been found that an advantageous solution for being able to reliably measure the decaying luminescence of the phosphors after the end of the excitation process is to use a combination of individual flashes and serial or video recordings as the detection method, with the duration of the serial or video recordings must clearly surpass that of the stimulating flashlight.

Zugleich ist die Aufnahmedauer an die Abklingzeit des verwendeten Leuchtstoffes anzupassen. Bei der letzten Aufnahme, also beim letzten Frame, sollte die Emissionsintensität des Leuchtstoffes so wie vor der Blitzlichtanregung gleich Null sein. Dann kann dieser Frame als Referenz für die Berechnung der Bilddifferenzen (B1-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 Abklingcharakteristik zu verifizieren.At the same time, the exposure time must be adapted to the decay time of the phosphor used. In the last recording, ie in the last frame, the emission intensity of the phosphor should be zero, just as it was before the flash light was excited. This frame can then be used as a reference for calculating the image differences (B 1 -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 other methods for image analysis (histogram analysis of the different color channels) can be regarded as an essential prerequisite for not only proving the presence of a selected inventive phosphor with the help of the smartphone, but also at the same time verify spectral emission and exclusive decay characteristics.

Weiterhin hat sich gezeigt, dass es äußerst vorteilhaft ist, bei der Echtheitsverifikation des Sicherheitsdokumentes den Abstand zwischen dem Smartphone und dem zu prüfenden Sicherheitsmerkmal 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 Detektionseinrichtung und dem Sicherheitsdokument geringer als der Schafteinstellungsbereich des Smartphones gewählt werden; für die Ausnahme und Verifizierung der diffusen Lumineszenzsignale werden keine scharfen Bilder benötigt.Furthermore, it has been shown that it is extremely advantageous to keep the distance between the smartphone and the security feature to be checked as small as possible when verifying the authenticity of the security document. In this way, the intensity of flash light excitation can be increased and the disturbing influence of extraneous light can be significantly reduced. In particular, the distance between the detection device and the security document can be selected to be smaller than the shaft adjustment range of the smartphone; sharp images are not required for the exception and verification of the diffuse luminescence signals.

Das Smartphone ist beispielsweise mit einer App derart zu konfigurieren, dass für die Verifikation des Sicherheitsmerkmals 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.
For example, the smartphone must be configured with an app in such a way that at least the following steps are carried out to verify the security feature:
In a first method step, the security feature is excited to luminescence by means of the lighting unit of the smartphone, preferably by triggering a single flash of the LED flash light module, so that the security feature emits electromagnetic radiation in the visible spectral range.

In einem zweiten Verfahrensschritt werden parallel zur Einzelblitz-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 a second method step, parallel to the single flash excitation, the decaying luminescence signals of the phosphor of the security feature according to the invention occurring after the end of the excitation are detected by means of the image acquisition unit, ie with the aid of the camera module of the smartphone.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Lumineszenzcharakteristika in den erfassten Bildern mittels der Datenverarbeitungseinheit ausgewertet und mit Referenzdaten verglichen, um das Sicherheitsmerkmals zu verifizieren und die Echtheit des Sicherheitsdokuments zu bestätigen.In a further method step, the luminescence characteristics in the captured images are evaluated by the data processing unit and compared with reference data in order to verify the security feature and to confirm the authenticity of the security document.

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 Abklingverhaltens 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 Ausführungsbeispiel 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;
Further details, advantages and developments of the invention result from the following description of preferred embodiments of the invention, with reference to the drawing. Show it:
1
a schematic representation of an embodiment of a security feature according to the invention on a security document in the form of a bank note;
2
a schematic representation of components of an inventive arrangement for verification of the security feature;
3
a schematic representation of the rise and fall behavior of a phosphor of the security feature when excited by a flash light;
4
a flow chart for carrying out the verification of the security feature with the arrangement according to the invention;
figure 5
an excitation spectrum of the 700 nm emission band of a phosphor according to the invention according to exemplary embodiment 1;
6
an emission spectrum of the excited at 450 nm stationary photoluminescence of the phosphor according to embodiment 1;
7
spectral decay curves of the different emission bands of an inventive phosphor described in example 1;
8
a color shift of the decaying luminescence of the phosphor detected over the entire visible spectral range according to exemplary embodiment 1, illustrated using the time profile of the xy color coordinates in the CIE standard color table;
9
Emission spectra of the stationary photoluminescence of the phosphors excited at 450 nm according to exemplary embodiments 2 and 3;
10
Decay curves of the main emission bands of the phosphors excited at 450 nm according to exemplary embodiments 2 and 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 Echtheitsnachweis 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 vorzugsweise im blauen Spektralbereich zur im ms-Bereich abklingenden Lumineszenz anregbaren Leuchtstoff, wie er weiter oben im Rahmen der Erfindungsbeschreibung offenbart wurde. 1 shows a security feature 01 according to the invention, which is symbolized on a value document, namely a illustrated security document 02 is applied in the form of a bank note. The security feature serves to prove the authenticity of the security document 02. The security feature 01 has the shape of a star here. It is positioned below a visible feature 03, in this case the denomination of the banknote. The security feature 01 consists of a phosphor that can be excited by the lighting unit of a smartphone, preferably in the blue spectral range, to luminescence that decays in the ms range, as disclosed above in the context of the description of the invention.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Verifikation des Sicherheitsmerkmals 01, wobei das Sicherheitsmerkmal mittels einer Beleuchtungseinheit 04 einer Bildaufnahmeeinheit 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 Smartphones 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 I0 des Tages- oder Raumlichtes. Der Einfluss der Umgebungsstrahlung I0 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 Scharfstellungsbereichs der Bildaufnahmeeinheit 06 liegt, schirmt das Smartphone 07 die Umgebungsstrahlung I0 größtenteils ab. Für die sichere Verifizierung der diffusen Lumineszenzsignale des Sicherheitsmerkmals werden nämlich keine scharfen Bildaufnahmen benötigt. 2 shows a schematic representation of an arrangement for verifying the security feature 01, the security feature being excited to luminescence by means of a lighting unit 04 of an image recording unit 06 of a mobile terminal device, namely a smartphone 07, in that the lighting unit 04 excites light, in particular white LED flashlight 08 with a spectral maximum of about 450 nm. The flashlight 08 has an intensity I A . During the excitation, the phosphor of the security feature 01 emits 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 with a camera 09 of the image recording unit 06 of the smartphone 07 by triggering a series or video recording. Furthermore, the camera 09 operating as a detector detects ambient radiation I 0 of daylight or room light that impinges on the security feature 01 and the bank note 02 and is reflected there. The influence of the ambient radiation I 0 can be kept small in the method according to the invention by keeping a distance d between the security feature 01 and the smartphone 07 small. Due to the small distance d, which is preferably below the focus range of the image recording unit 06, the smartphone 07 shields the ambient radiation I 0 for the most part. This is because sharp images are not required for reliable verification of the diffuse luminescence signals of the security feature.

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 µs-Bereich auf null ab. Durch die elektromagnetische Strahlung des Blitzlichtes 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. 3 shows a schematic representation of the rise and fall behavior of the phosphor used in security feature 01. An emission curve 11 of the security feature 01 excited to luminescence is shown in the diagram along a time axis t. Furthermore, a flash light excitation curve 12 is plotted along the time axis. If the single flash is fired using the smartphone 07 ( 2 ) is generated, the LED flashlight excitation curve 12 rises steeply, holds its level for a short time and then falls to zero in the ns to μs range. The phosphor of the security feature 01 is excited to luminescence by the electromagnetic radiation of the flashlight, with its emission curve 11 rising almost simultaneously with the flashlight excitation curve 12 . After the excitation of the flashlight 12 has ended, the emission of the phosphor 11 decays significantly more slowly than the stimulating radiation of the smartphone's lighting unit, which is preferably equipped with white-emitting LEDs. According to the invention, the decay time of the phosphor is in the ms range.

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 Sicherheitsmerkmals 01 anhand der mit der Zeit geringer werdenden Helligkeit des beispielhaft verwendeten Stern-Musters. Nach dem im Wesentlichen vollständigen Abklingen der Emission des Leuchtstoffes 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 Verfügbarkeit eines für die Berechnung der Bilddifferenzen erforderlichen 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.Below the timeline are in 3 individual through the detector 09 of the smartphone 07 ( 2 ) captured images 13 of the security feature 01 are shown. The images 13 show the decaying emission intensity of the security feature 01 based on the brightness of the star pattern used as an example, which decreases over time. After the essentially complete decay of the emission of the phosphor a reference image 14b can be recorded as the last image of the recorded image sequence. Depending on the evaluation method, an additional reference image 14a (starting image) can also be recorded before the activation of the excitation radiation (triggering of the flash). To ensure the availability of a reference image required for calculating the image differences, a start image 14a can optionally be recorded as an additional reference image before the series or video recordings that are decisive for the detection of the decaying luminescence signals of the security feature are triggered.

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 Sicherdokument so positioniert, dass es von der Bilderfassungseinheit 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-AnalyseSchritt 44 die aufgenommenen Bildserien sowie die Referenzaufnahmen mittels der Datenverarbeitungseinheit verglichen. Neben der Berechnung der Bilddifferenzen und ihrer Analyse, werden dabei weitere Methoden der Bildverarbeitung wie beispielsweise 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 Datenspeicher des Smartphones hinterlegten Echtheitsparametern des Sicherheitsmerkmals kann die Echtheit des geprüften Sicherheitsdokuments in einem Freigabe-Schritt 45 bestätigt werden. Insbesondere kann durch die Verifikation des Sicherheitsmerkmals auf dem Sicherheitsdokument die Authentizität und Integrität des Sicherheitsdokuments bestätigt werden. 4 shows in a simplified form the basic process of verifying the security feature 01 using the in 3 arrangement shown. In a positioning step 41, the secure document to be verified is positioned in such a way that it can be securely captured by the smartphone's image capture unit. In an optional reference check step 42, the start image 14a of the security feature is already generated before the triggering of the flash light excitation of the smartphone. In a detection step 43, a single flash is triggered with the help of the image recording unit of the lighting unit of the smartphone and a serial image or video recording is carried out in order to capture the luminescence signals of the phosphor used to create the security feature that are present after the end of the flash light excitation and decay in the ms range to record. Finally, in an emission analysis step 44, the recorded series of images and the reference recordings are compared using the data processing unit. In addition to the calculation of the image differences and their analysis, other methods of image processing such as contrast adjustment and histogram analysis are used of the different color channels is applied in order to verify in this way both the spectral emission and the exclusive decay characteristics of the phosphor used according to the invention. The authenticity of the checked security document can be confirmed in a release step 45 by comparing the calculated parameters with the authenticity parameters of the security feature that are preferably stored in the data memory of the smartphone. In particular, the authenticity and integrity of the security document can be confirmed by the verification of the security feature on the security document.

Fig. 5 zeigt ein Anregungsspektrum 121 der 700 nm Emissionsbande eines Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1. Zur Herstellung dieses Leuchtstoffs werden 0,2822 g CaCO3, 0,5335 g Sc2 (C2O4)3·10, 723H2O, 0,1803 g SiO2, 0,0052 g CeO2, und 0,0358 g MnC2O4·2H2O 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 Rohrofen bei 1400 °C für 4 h in 5% H2/95%N2 Atmosphäre geglüht. Das resultierende Produkt wird anschließend gesiebt. Dieser Leuchtstoff weist die Formel (Ca2,82Ce0,03Mn0,15)(Sc1,95Mn0,05)Si3O12 auf. Das Anregungsspektrum verdeutlicht, dass der beispielhafte erfinderische Leuchtstoff eine maximale spektrale Anregbarkeit im Bereich von 440 bis 450 nm aufweist. figure 5 shows an excitation spectrum 121 of the 700 nm emission band of a phosphor according to embodiment 1. To produce this phosphor, 0.2822 g CaCO 3 , 0.5335 g Sc 2 (C 2 O 4 ) 3 ·10.723H 2 O, 0.1803 g SiO 2 , 0.0052 g CeO 2 , and 0.0358 g MnC 2 O 4 .2H 2 O are completely homogenized using a mortar with the addition of acetone. After evaporating the solvent, the dry powder mixture is transferred to a corundum crucible. The sample is first precalcined in a chamber furnace at 500° C. for 2 h in an air atmosphere and then annealed in a tube furnace at 1400° C. for 4 h in a 5% H 2 /95% N 2 atmosphere. The resulting product is then sieved. This phosphor has the formula (Ca 2.82 Ce 0.03 Mn 0.15 )(Sc 1.95 Mn 0.05 )Si 3 O 12 . 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 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.
6 shows a corresponding emission spectrum 111 of the phosphor according to exemplary embodiment 1 at 450 nm excitation. It is found that the phosphor specially configured via the phosphor composition and the selected preparation conditions has broadband emissions over the has the entire visible spectral range. Three emission bands with maxima at about 505 nm, 570 nm and about 700 nm are visible, the band with a maximum of about 700 nm having the highest relative intensity. As already described, these bands can be attributed to the direct luminescence of the Ce 3+ activator ions (Ce 3+ on Ca 2+ site), as well as the emissions made possible by the Ce 3+ - Mn 2+ energy transfer of the Mn 2 + Coactivators (Mn 2+ on Ca 2+ -place or Mn 2+ on
Assign Sc 3+ place).

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. 7 shows the spectral decay curves of the individual emission bands. Curve 1311 is the decay curve for the 505 nm emission, curve 1312 is the decay curve for the 570 nm emission, and 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 differ significantly. As already explained, a decay in the nanosecond range is determined for the emission with a maximum of approximately 505 nm, while the luminescence bands with maxima of approximately 570 and approximately 700 nm have decay times in the single-digit and double-digit millisecond range. In addition, it is apparent to the person skilled in the art that the individual decay curves are very unlikely to run exponentially. Rather, the measured curves appear to have multi-exponential decay characteristics.

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-Normfarbtafel 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-Normwerttafel 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. Bezugszeichen Abklingzeit in ms Farbkoordinaten x y 140 0 0,385 0,528 141 1 0,515 0,472 142 10 0,521 0,465 143 20 0,534 0,453 144 30 0,554 0,432 145 40 0,577 0,407 146 50 0,595 0,385 147 60 0, 603 0,374 8 illustrates the color shift that results when the decaying luminescence is detected over the entire visible spectral range. The 8 first a schematic representation of a CIE standard color table 15 of the CIE standard valence system. The CIE standard valence system was Defined in 1931 in order to establish a relation between human color perception and the physical causes of the color stimulus and typically records all perceptible colors, whereby the color perception refers to that of a defined normal observer. Each color or emission spectrum of a self-luminous object is represented by a single xy coordinate in the CIE table of norms. The color coordinates of the luminescence signals measured integrally as a function of the decay time are shown in FIG 8 140 to 147 elements shown with the reference numerals. At the same time, the data determined for a phosphor according to exemplary embodiment 1 can be taken from the following table. Reference sign Cooldown in ms color coordinates x y 140 0 0.385 0.528 141 1 0.515 0.472 142 10 0.521 0.465 143 20 0.534 0.453 144 30 0.554 0.432 145 40 0.577 0.407 146 50 0.595 0.385 147 60 0.603 0.374

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 Ca3Sc2Si3O12:Ce3+, Mn2+-Leuchtstoffes bei.The color shift, which tends to lead from the green to the red spectral range, results from the superimposition of the 6 emission bands shown and from the differences and the superimposition of the corresponding in the 7 illustrated decay curves of the phosphor according to the invention according to embodiment 1. The special decay behavior described contributes to a large extent exclusivity of the Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 :Ce 3+ , Mn 2+ phosphor according to the invention.

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. 9 shows the emission spectra 1123, 113 of the stationary photoluminescence of the phosphors excited at 450 nm according to exemplary embodiments 2 and 3. 10 shows the associated decay curves 132, 133 of the main emission bands of the phosphors excited at 450 nm according to exemplary embodiments 2 and 3.

Zur Herstellung des Leuchtstoffs nach Ausführungsbeispiel 2 werden 0,2898 g CaCO3, 0,1362 g Sc2O3, 0,1803 g SiO2, 0,0130 g Ce(NO3)3·6H2O, 0,0179 g MnC2O4·2H2O 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 (Ca2,895Ce0,03Mn0,075) (Sc1,975Mn0,025)Si3O12 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.To produce the phosphor according to Example 2, 0.2898 g CaCO 3 , 0.1362 g Sc 2 O 3 , 0.1803 g SiO 2 , 0.0130 g Ce(NO 3 ) 3 .6H 2 O, 0.0179 g MnC 2 O 4 .2H 2 O and 1.8170 g of tris(hydroxymethyl)aminomethane are completely dissolved in a mixture of 10 ml of nitric acid and 100 ml of water with stirring and heating on a hot plate. The liquid is then evaporated until the remaining gel ignites and a black foam forms. This foam is first dried at 150 °C in a drying cabinet, then finely ground and transferred to a porcelain crucible. In a first heating step, the mixture is annealed for 2 h at 1000° C. in the air atmosphere of a chamber furnace in order to decompose the remaining organic residues. The annealed material, which now has a white body colour, is then mixed with two percent by mass of boric acid and annealed again this time for 4 hours at 1300° C. in a 5% forming gas atmosphere. The resulting phosphor has the composition (Ca 2.895 Ce 0.03 Mn 0.075 ) (Sc 1.975 Mn 0.025 )Si 3 O 12 . The curve 112 in the 9 shows the emission spectrum of this phosphor. In the 10 the curve 132 designates the decay curve for this phosphor, which preferably emits in the green spectral range.

Zur Herstellung des Leuchtstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 3 mit der Zusammensetzung (Ca2,745Ce0,03Mn0,225) (Sc1,925Mn0,075)Si3O12 werden 0,2747 g CaCO3, 0,1327 g Sc2O3, 0,1803 g SiO2, 0,0130 g Ce(NO3)3·6H2O, 0,0537 g MnC2O4·2H2O und 1,8170 g Tris(hydroxymethyl)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.To produce the phosphor according to Example 3 with the composition (Ca 2.745 Ce 0.03 Mn 0.225 ) (Sc 1.925 Mn 0.075 )Si 3 O 12 0.2747 g CaCO 3 , 0.1327 g Sc 2 O 3 , 0.1803 g SiO 2 , 0.0130 g Ce(NO 3 ) 3 .6H 2 O, 0.0537 g MnC 2 O 4 .2H 2 O and 1.8170 g tris(hydroxymethyl)aminomethane with stirring and heating 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 in a drying cabinet at 150 °C, then finely ground and transferred to a porcelain crucible. After an initial two-hour annealing at 1000 °C in the air atmosphere of a chamber furnace and the subsequent addition of two percent by mass of boric acid to the cooled annealed material, another four-hour thermal treatment takes place at 1100 °C in a 5% forming gas atmosphere. The emission spectrum of the phosphor obtained, measured at 450 nm excitation, is shown in curve 113 of FIG 9 shown, the associated decay curve is the curve 133 of 10 refer to.

Die beiden Ausführungsbeispiele und die dazugehörigen Figuren zeigen noch einmal mit aller Deutlichkeit, dass es sich bei den Ca3Sc2Si3O12:Ce3+, Mn2+- Leuchtstoffen um eine besonders geeignete Leuchtstoffklasse für die Ausbildung eines erfindungsgemäßen 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 exklusiven Eigenschaften der zum Schutze von Wert- und Sicherheitsdokumenten in der Form von Sicherheitsmerkmalen anwendbaren Leuchtstoffe können mit der Hilfe handelsüblicher Smartphones sicher verifiziert werden.The two exemplary embodiments and the associated figures once again clearly show that the Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 :Ce 3+ , Mn 2+ phosphors are a particularly suitable class of phosphors for forming a security feature according to the invention. By varying the phosphor composition and the preparation conditions, numerous exclusive phosphor compositions can be created with different decay behavior and distinguishable emission spectra and, for this reason, with a markedly high level of security and authenticity. The exclusive properties of the phosphors that can be used to protect valuable and security documents in the form of security features can be reliably verified with the help of commercially available smartphones.

BezugszeichenlisteReference List

0101
Sicherheitsmerkmalsecurity feature
0202
Sicherheitsdokument / BanknoteSecurity document / banknote
0303
Nominalwertface value
0404
Beleuchtungseinheitlighting unit
0505
--
0606
Bildaufnahmeeinheitimage acquisition unit
0707
Smartphonesmartphone
0808
Blitzlichtflashlight
0909
Kamera / Detektorcamera / detector
1010
--
1111
Emissionskurveemission curve
1212
Blitzlicht-AnregungskurveFlash excitation curve
1313
Bildaufnahme des Sicherheitsmerkmals 01Image recording of the security feature 01
14a14a
Startbildsplash screen
14b14b
Referenzbildreference image
1515
CIE- NormalfarbtafelCIE standard color chart
41 - 4541 - 45
Verfahrensschritteprocess steps
111111
Emissionsspektrum des Leuchtstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 1Emission spectrum of the phosphor according to Example 1
112112
Emissionsspektrum des Leuchtstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 2Emission spectrum of the phosphor according to embodiment 2
113113
Emissionsspektrum des Leuchtstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 3Emission spectrum of the phosphor according to embodiment 3
121121
Anregungsspektrum des Leuchtstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 1Excitation spectrum of the phosphor according to embodiment 1
13111311
Abklingkurve für die 505 nm-Emission des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1Decay curve for the 505 nm emission of the phosphor according to embodiment 1
13121312
Abklingkurve für die 570 nm-Emission des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1Decay curve for the 570 nm emission of the phosphor according to embodiment 1
13131313
Abklingkurve für die 700 nm-Emission des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1Decay curve for the 700 nm emission of the phosphor according to embodiment 1
132132
Abklingkurve der vorwiegend grünen Emission des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 2Decay curve of the predominantly green emission of the phosphor according to embodiment 2
133133
Abklingkurve der vorwiegend grünen Emission des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 3Decay curve of the predominantly green emission of the phosphor according to embodiment 3
140 - 147140-147
x-y-Farbkoordinaten der abklingenden integralen Lumineszenz des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1x-y color coordinates of the decaying integral luminescence of the phosphor according to embodiment 1

Claims (11)

  1. A security feature that can be verified by a smartphone, the security feature having a luminescent material which can be excited to luminescence by visible electromagnetic radiation generated by the smartphone, and which exhibits radiation that can be detected by an image detection unit of the smartphone, wherein
    the luminescent material is selected from the following group:

            - (Ca1-x-yCexMny)3(Sc1-z/Mnz)2Si3O12;

    with 0<x≤0.1; 0<y≤0.8; and 0<z≤0.8; and y/z≈2;

            - Ca3Sc2Si3O12:Ce3+, Mn2+;

    and wherein
    after the excitation is over, the luminescent material exhibits radiation over a decay time in the range of 1 ms to 100 ms.
  2. Security feature according to claim 1, characterized in that after the excitation ends, the luminescent material has a decay time of 1 ms to 50 ms, preferably a decay time of 10 ms to 30 ms, in which the emission of the luminescent material in the visible spectrum has a luminescence characteristic that can be detected by the image detection unit of the smartphone.
  3. Security feature according to Claim 1 to 2, characterized in that the luminescent material can be excited to luminescence by a flashing LED of the smartphone that emits white light.
  4. Security feature according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that during the decay time, the luminescent material exhibits radiation in the spectral range between 480 nm and 750 nm.
  5. Security feature according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the luminescent material is configured as a luminescent material mixture, the luminescent material components of which have different decay times after the excitation ends, which can be distinguished by sensors.
  6. Security feature according to Claim 5, characterized in that the luminescent material mixture comprises a luminescent material that luminesces under UV excitation and decays quickly, the stationary, visually perceptible photoluminescence of which acts as a mask for the emission of the luminescent material serving as a security feature.
  7. Security feature according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that the luminescent material is formed as luminescent material pigments that can be processed in a printing method.
  8. Security feature according to claim 7, characterized in that the luminescent material pigments represent a predetermined pattern in the security feature.
  9. Arrangement for verifying a security document (02), comprising:
    - a security feature (01), which is applied to the security document (02), contains a luminescent material that can be excited to emission, and is designed according to any of Claims 1 to 8,
    - a smartphone (07) having an illumination unit (04) for exciting the luminescent material of the security feature, having a camera (09) for detecting the emission of the luminescent material during a predetermined decay time after the excitation ends by recording an image sequence, and having a data processing unit for evaluating the image sequence, wherein the radiation detected during the decay time is compared with stored reference values in order to verify the security document.
  10. Arrangement according to Claim 9, characterized in that an application (App) is installed on the smartphone (07), which application controls the illumination unit (04), the camera (09), and the data processing unit.
  11. Arrangement according to either of Claims 9 or 10, characterized in that the distance between the smartphone and the security document to be checked is selected to be less than or equal to the focus range of the smartphone.
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