EP3793841A1 - Optically variable security element having reflective area - Google Patents

Optically variable security element having reflective area

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EP3793841A1
EP3793841A1 EP19726572.1A EP19726572A EP3793841A1 EP 3793841 A1 EP3793841 A1 EP 3793841A1 EP 19726572 A EP19726572 A EP 19726572A EP 3793841 A1 EP3793841 A1 EP 3793841A1
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facets
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Kai Herrmann SCHERER
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Abstract

The invention relates to an optically variable security element (12) for securing valuable objects, having a substrate (22) with a reflective area (20), the extent of which defines an x-y plane and a z axis perpendicular thereto, wherein the reflective area (20) contains a plurality of reflective portions (30), and each portion (30) has multiple identically oriented reflective facets (32), and an orientation of each facet (32) relative to the x-y plane is defined by indicating its normalised normal vector (n). The projection of the normal vector into the x-y plane defines an inclination direction (r) of the facet. The length (L) of a facet is its dimension in the inclination direction; the width (B) of a facet is its dimension perpendicular to the inclination direction in the x-y plane, and the height (H) of a facet is its dimension in the z direction. According to the invention, the identically oriented facets (32) in the reflective portions (30) are arranged with decreasing length (L) and decreasing height (H) in their common inclination direction (r).

Description

Optisch variables Sicherheitselement mit reflektivem Flächenbereich  Optically variable security element with reflective surface area
Die Erfindung betrifft ein optisch variables Sicherheitselement zur Absiche- rung von Wertgegenständen, mit einem Träger mit einem reflektiven Flä- chenbereich, der eine Vielzahl von reflektiven Teilbereichen enthält, wobei jeder Teilbereich mehrere, gleich orientierte reflektive Facetten aufweist. The invention relates to an optically variable security element for securing valuables, comprising a support having a reflective surface area which contains a multiplicity of reflective subregions, each subarea having a plurality of identically oriented reflective facets.
Datenträger, wie etwa Wert- oder Ausweisdokumente, oder andere Wertge- genstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicher heitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit der Datenträger gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Data carriers, such as security or identification documents, or other objects of value, such as branded articles, are often provided with security elements for securing purposes, which permit a verification of the authenticity of the data carriers and at the same time serve as protection against unauthorized reproduction.
Eine besondere Rolle bei der Echtheitsabsicherung spielen Sicherheitsele- mente mit betrachtungswinkelabhängigem oder dreidimensionalem Er- scheinungsbild, da diese selbst mit modernsten Kopiergeräten nicht repro- duziert werden können. Dazu sind die Sicherheitselemente mit optisch vari ablen Elementen ausgestattet, die dem Betrachter unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln einen unterschiedlichen Bildeindruck vermitteln und beispielsweise je nach Betrachtungswinkel einen anderen Färb- oder Hellig keitseindruck und/ oder ein anderes graphisches Motiv zeigen. Im Stand der Technik sind dabei als optisch variable Effekte beispielsweise Bewegungsef fekte, Pumpeffekte, Tiefeneffekte, Reliefeffekte oder Flipeffekte beschrieben, die mit Hilfe von Hologrammen, Mikrolinsen oder Mikrospiegeln realisiert werden. Security elements with a viewing angle-dependent or three-dimensional appearance play a special role in the authentication of authenticity, since they can not be reproduced even with the most modern copying machines. For this purpose, the security elements are equipped with optically variable elements which give the viewer a different image impression under different viewing angles and, for example, show a different color or brightness impression and / or another graphic motif depending on the viewing angle. In the prior art, optically variable effects, for example, motion effects, pump effects, depth effects, relief effects or flip-effects, which are realized with the aid of holograms, microlenses or micromirrors, are described.
Hologramm-basierte optisch variable Elemente sind weit verbreitet, ihre Auffälligkeit und Wiedererkennbarkeit sind allerdings durch ihre relativ geringe Brillanz und die diffraktive Farbaufspaltung des reflektierten Lichts beeinträchtigt. Darüber hinaus bieten sie aufgrund ihrer verhältnismäßig leichten Herstellbarkeit eine geringere Fälschungssicherheit als auf Mikrolin sen- oder Mikrospiegel-Strukturen basierende Sicherheitselemente. Die Umsetzung der oben genannten optisch variablen Effekte mit Hilfe von Mikrolinsen ermöglicht eine beleuchtungsunabhängige gute Sichtbarkeit. Mikrolinsen-Strukturen bedingen aber zumeist eine große Schichtdicke des Sicherheitselements. Auch ist die Herstellung von Mikrolinsen-basierten Echtheitsmerkmalen mit einigen technischen Herausforderungen verbun den: In der Motivschicht unter der Linsenschicht müssen nur wenige Mik rometer große Motive mit hoher Qualität dargestellt werden, und sowohl die Linsenschicht als auch die Motivschicht müssen mit hoher Rastertreue her- gestellt werden. In der Praxis können derzeit meist nur periodische Muster von Symbolen erzeugt werden, deren Größe auf wenige Millimeter be- schränkt ist. Die Darstellung der Symbole ist dabei oft leicht verzerrt und unscharf, was den Wiedererkennungswert des Sicherheitselements herab- setzt. Hologram-based optically variable elements are widely used, but their conspicuousness and recognizability are hampered by their relatively low brilliance and diffractive color splitting of the reflected light. In addition, because of their relatively easy manufacturability, they offer less protection against forgery than microlens sen or micromirror structures based security elements. The implementation of the above-mentioned optically variable effects with the help of microlenses allows illumination-independent good visibility. However, microlens structures usually require a large layer thickness of the security element. The fabrication of microlens-based authenticity features also involves some technical challenges: in the motif layer under the lens layer, only a few micrometres motifs with high quality must be displayed, and both the lens layer and the motif layer must be produced with high grid fidelity become. In practice, only periodic patterns of symbols whose size is limited to a few millimeters can currently be generated. The representation of the symbols is often slightly distorted and blurred, which lowers the recognition value of the security element.
Eine attraktive Variante ist daher die Umsetzung optisch variabler Effekte mit Hilfe von Mikrospiegeln, die technologisch weniger komplex ist und großflächige und scharfe Motive in flachen Sicherheitselementen ermöglicht. Für eine gute Wahrnehmbarkeit und einen attraktiven visuellen Eindruck sind dabei die Helligkeit und die Brillanz der Mikrospiegel-Strukturen von besonders großer Bedeutung. An attractive variant is therefore the implementation of optically variable effects with the help of micromirrors, which is technologically less complex and allows large-area and sharp subjects in flat security elements. For good visibility and an attractive visual impression, the brightness and brilliance of the micromirror structures are particularly important.
Mikrospiegelanordnungen werden in Sicherheitselementen derzeit bei spielsweise dadurch erzeugt, dass eine gewünschte Effektfläche in gleichar- tige Pixel einer Größe von beispielsweise 20 pm x 20 pm unterteilt wird, dass jedem Pixel eine Spiegelsteigung zugeordnet wird, also festgelegt wird, in welcher Weise die Mikrospiegel des Pixels gegenüber einer Substratebene verkippt sein sollen, und dass die Pixel dann mit keilförmigen Mikrospie geln der jeweiligen Spiegelsteigung gefüllt werden. Die Mikrospiegel haben dabei meist eine feste Grundfläche, typischerweise 10 gm x 10 pm. Ein Bei- spiel einer ähnlichen Gestaltung ist in der Druckschrift EP 2390 106 Bl be schrieben. Nachteilig ist bei solchen Gestaltungen allerdings, dass die perio- dische Anordnung der Mikrospiegel oft zu unerwünschten diffraktiven Ef- fekten und farbigen Lichtreflexen führt, die das eigentlich gewünschte achromatische Erscheinungsbild der Mikrospiegelanordnung stören. Micromirror arrangements are currently produced in security elements, for example, by subdividing a desired effect area into equal pixels of a size of, for example, 20 μm x 20 μm, assigning a mirror pitch to each pixel, thus determining in which way the micromirrors of the pixel should be tilted relative to a substrate plane, and that the pixels are then filled with wedge-shaped micro mirror rules of the respective mirror slope. The micromirrors have usually a solid base, typically 10 gm x 10 pm. An example of a similar design is described in document EP 2390 106 B1. A disadvantage of such designs, however, is that the periodic arrangement of the micromirrors often leads to undesirable diffractive effects and colored light reflections that disturb the actually desired achromatic appearance of the micromirror arrangement.
Auch aperiodische Anordnungen von Mikrospiegeln sind bekannt und bei- spielsweise in der Druckschrift WO 2012/055505 Al beschrieben. Bei aperi- odischen Anordnungen werden diffraktive Effekte weitgehend vermieden, dafür wird in der Regel eine größere Zahl an Mikrospiegeln benötigt, um einen gegebenen Flächenbereich auszufüllen, was zu einem niedrigeren Flä- chenverhältnis von glatten Spiegelflächen zu (in der Praxis) gerundeten Randbereichen und damit zu geringerer Brillanz führen kann. Aperiodic arrangements of micromirrors are also known and described, for example, in document WO 2012/055505 A1. In the case of aperiodic arrangements, diffractive effects are largely avoided; a larger number of micromirrors is usually required to fill a given surface area, resulting in a lower area ratio of smooth mirror surfaces to (in practice) rounded edge regions and thus to lower brilliance can lead.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein optisch variables Sicherheitselement der eingangs genannten Art anzugeben, das die Nachteile des Stands der Technik vermeidet, und bei dem insbesondere eine hohe Fälschungssicherheit mit hoher Helligkeit und Brillanz verbunden sind. Based on this, the present invention seeks to provide an optically variable security element of the type mentioned, which avoids the disadvantages of the prior art, and in which in particular a high anti-counterfeiting security are associated with high brightness and brilliance.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche ge- löst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen An sprüche. This object is solved by the features of the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei einem gattungsgemäßen Sicherheitselement definiert die Ausdehnung des reflektiven Flächenbereichs eine x-y-Ebene und eine darauf senkrecht stehende z- Achse. Die Orientierung jeder Facette relativ zur x-y-Ebene ist durch die Angabe ihres normalisierten Normalenvektors bestimmt, wobei die Projektion des Normalenvektors in die x-y-Ebene eine Neigungsrichtung der Facette definiert. Als Länge einer Facette wird ihre Abmessung in Nei gungsrichtung bezeichnet, als Breite einer Facette ihre Abmessung senkrecht zur Neigungsrichtung in der x-y-Ebene, und als Höhe einer Facette ihre Ab- messung in z-Richtung. Erfindungsgemäß ist nun bei einem derartigen Si cherheitselement vorgesehen, dass in den reflektiven Teilbereichen die gleich orientierten Facetten entlang ihrer gemeinsamen Neigungsrichtung mit ab nehmender Länge und abnehmender Höhe angeordnet sind. In a generic security element, the extent of the reflective surface area defines an xy plane and a z-axis perpendicular thereto. The orientation of each facet relative to the xy plane is determined by the indication of its normalized normal vector, where the projection of the normal vector into the xy plane defines a tilt direction of the facet. The length of a facet is its dimension in the direction of inclination, the width of a facet its dimension perpendicular to the inclination direction in the xy plane, and the height of a facet its dimension in the z-direction. According to the invention, it is now provided in such a safety element that in the reflective subregions the identically oriented facets are arranged along their common inclination direction with decreasing length and decreasing height.
Auf diese Weise wird eine Facettenanordnung erzeugt, die ein gewünschtes Erscheinungsbild des Flächenbereichs mit hoher Helligkeit und Brillanz er zeugen kann und dennoch nirgends periodisch ist. Aufgrund der fehlenden Periodizität ist die Anordnung schwieriger nachzustellen und weist daher eine hohe Fälschungssicherheit auf. Gleichzeitig werden störende diffraktive Effekte und daraus resultierende farbige Lichtreflexe vermieden, wodurch eine größere Lichtmenge für die gewünschte Reflexion zu Verfügung steht. Gegenüber herkömmlichen aperiodischen Gestaltungen weist die jetzt vor geschlagene Anordnung den Vorteil auf, dass eine geringe Zahl von Facetten zur Füllung eines Teilbereichs erforderlich ist. Vor allem bei flachen Facet tenneigungen entstehen große zusammenhängende Flächen mit hoher Hel ligkeit. Zusätzlich werden durch die in Neigungsrichtung abnehmende Fa cettengröße gegenseitige Verschattungseffekte minimiert. In this way, a facet arrangement is created which can produce a desired appearance of the surface area with high brightness and brilliance and yet is never periodic. Due to the lack of periodicity, the arrangement is more difficult to adjust and therefore has a high security against counterfeiting. At the same time disturbing diffractive effects and resulting colored light reflections are avoided, whereby a larger amount of light is available for the desired reflection. Compared to conventional aperiodic designs, the now proposed arrangement has the advantage that a small number of facets for filling a portion is required. Especially with shallow facet slopes, large contiguous areas with high brightness are created. In addition, mutual shading effects are minimized by the size of the chain decreasing in the direction of inclination.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die gleich orientierten Facetten zumindest in einer Teilmenge der Teilbereiche jeweils entlang ihrer gemein samen Neigungsrichtung mit einer um denselben konstanten Faktor abneh menden Länge und Höhe angeordnet. Konkret ergibt sich dabei aus der Hö he und Länge der in Neigungsrichtung k-ten Facette die Höhe und Länge der nachfolgenden, in Neigungsrichtung (k+l)-ten Facette durch Hk+i = f* Hk und Lk+i = f* Lk In a preferred embodiment, the identically oriented facets are arranged at least in a subset of the subregions, in each case along their common seed inclination direction with a length and height that are about the same constant factor. In concrete terms, the height and length of the following facet, which is in the direction of inclination (k + 1), results from the height and length of the facet k-th in the direction of inclination H k + i = f * H k and L k + i = f * L k
mit einem Faktor f kleiner 1, welcher jeweils für den ganzen Teilbereich kon stant ist. Der konstante Faktor kann auch für alle Teilbereiche der genannten Teilmenge gleich sein. with a factor f less than 1, which is constant for the entire subarea. The constant factor can also be the same for all subregions of the subset mentioned.
Mit Vorteil liegt der konstante Faktor zwischen 0,6 und 0,95, vorzugsweise zwischen 0,75 und 0,85. In einer vorteilhaften Gestaltung sind die gleich ori- entierten Facetten sogar in allen Teilbereichen in der genannten Weise ange ordnet. Advantageously, the constant factor is between 0.6 and 0.95, preferably between 0.75 and 0.85. In an advantageous embodiment, the identically oriented facets are even arranged in all subareas in the manner mentioned.
In einer weiteren, ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung sind die gleich orien tierten Facetten zumindest in einer Teilmenge der Teilbereiche jeweils ent lang ihrer gemeinsamen Neigungsrichtung mit einer von Facette zu Facette um eine konstante Höhendifferenz abnehmenden Höhe angeordnet. Konkret ergibt sich dabei aus der Höhe und Länge der in Neigungsrichtung k-ten Facette die Höhe und Länge der nachfolgenden, in Neigungsrichtung (k+1)- ten Facette durch Hk+i = Hk - D. Die Länge jeder Facette ergibt sich mit dem Neigungswinkel a aus ihrer Höhe zu Lk = Hk/ tan (a). Die Höhendifferenz D ist jeweils für den ganzen Teilbereich konstant, sie kann allerdings sogar für alle Teilbereiche der genannten Teilmenge gleich sein. In a further, likewise advantageous embodiment, the identically oriented facets are arranged at least in a subset of the subregions in each case along their common inclination direction with a height decreasing from facet to facet by a constant height difference. In concrete terms, the height and length of the following facet, which is inclined in the direction of inclination (k + 1), are given by the height and length of the facet k k in the direction of inclination, by H k + i = H k - D. The length of each facet results with the angle of inclination a from its height to L k = H k / tan (a). The height difference D is constant for the entire subarea, but it may even be the same for all subareas of the subset mentioned.
Mit Vorteil liegt die genannte konstante Höhendifferenz zwischen 50 nm und 400 nm, vorzugsweise zwischen 80 nm und 150 nm. In einer vorteilhaf ten Gestaltung sind die gleich orientierten Facetten in allen Teilbereichen in der genannten Weise angeordnet. Advantageously, said constant height difference is between 50 nm and 400 nm, preferably between 80 nm and 150 nm. In an advantageous design, the identically oriented facets are arranged in all subregions in the manner mentioned.
Bei den geschilderten Varianten mit konstantem Faktor bzw. konstanter Hö hendifferenz können die Höhen der Facetten zusätzlich um eine kleine, je weils im Wesentlichen zufällig gewählte Höhenvariation variiert werden, wobei die zusätzliche im Wesentlichen zufällige Höhenvariation vorteilhaft weniger als 5%, insbesondere weniger als 2% der Ausgangshöhe vor der Höhenvariation beträgt. Die Länge der Facette wird dann entsprechend an gepasst, um den Neigungswinkel konstant zu halten. In the described variants with a constant factor or constant height difference, the heights of the facets can be additionally varied by a small, in each case substantially randomly selected height variation, wherein the additional substantially random height variation is advantageously less than 5%, in particular less than 2% of the initial height before the height variation. The length of the facet is then adjusted accordingly to keep the inclination angle constant.
Die gewählte Formulierung, nach der die Höhen der Facette um eine im We sentlichen zufällig gewählte Höhenvariation variiert, trägt dabei der Tatsa- che Rechnung, dass eine zufällige Variation auch beispielsweise mithilfe computergenerierter„Zufallszahlen" realisiert werden kann, die streng ge- nommen deterministisch sind. The chosen formulation, according to which the heights of the facet vary by a substantially randomly chosen height variation, takes into account the fact that a random variation can also be realized for example by means of computer-generated "random numbers" which are strictly deterministic ,
Die Höhe der Facetten des reflektiven Flächenbereichs überschreitet vor- zugsweise eine Maximalhöhe Hmax nicht, welche weniger als 20 pm, bevor zugt 10 pm oder weniger, besonders bevorzugt 5 pm oder weniger beträgt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass jeweils die erste, in Neigungsrichtung hinterste Facette jedes Teilbereichs mit einer Höhe ausge bildet wird, die kleiner oder gleich der Maximalhöhe ist. The height of the facets of the reflective surface area preferably does not exceed a maximum height H max which is less than 20 μm, preferably 10 μm or less, particularly preferably 5 μm or less. This can be achieved, for example, by the fact that in each case the first facet of each subarea, which is at the rear in the direction of inclination, is formed with a height which is less than or equal to the maximum height.
Die gleich orientierten Facetten grenzen mit Vorteil entlang der gemeinsa men Neigungsrichtung direkt aneinander. Alternativ können die Facetten in Neigungsrichtung auch mit einem kleinen Abstand in der x-y-Ebene ange ordnet sein. Der Abstand der Facetten beträgt dabei vorteilhaft weniger als 10%, insbesondere weniger als 5% der mittleren Länge der beiden angren- zenden Facetten. The equally oriented facets advantageously adjoin one another directly along the common inclination direction. Alternatively, the facets may be arranged in the direction of inclination also with a small distance in the x-y plane is. The distance between the facets is advantageously less than 10%, in particular less than 5%, of the average length of the two adjoining facets.
Die reflektiven Teilbereiche weisen zweckmäßig in der gemeinsamen Nei gungsrichtung der Facetten eine Länge unterhalb von 300 pm, vorzugsweise unterhalb von 100 pm, besonders bevorzugt zwischen 20 pm bis 100 pm auf. Die reflektiven Teilbereiche können quadratisch, rechteckig, aber auch mit beliebigem Umriss ausgebildet sein. Insbesondere kann zumindest ein Teil der reflektiven Teilbereiche mit einem Umriss in Form eines Motivs, insbe- sondere in Form von Zeichen oder Symbolen ausgebildet sein. Bei einem allgemeinen Umriss liegt zweckmäßig die größte Abmessung der Teilberei- che in der Ebene unterhalb von 300 gm, vorzugsweise unterhalb von 100 gm, besonders bevorzugt zwischen 20 gm bis 100 gm. The reflective subregions expediently have a length in the common direction of inclination of the facets of less than 300 μm, preferably less than 100 μm, particularly preferably between 20 μm and 100 μm. The reflective subregions can be square, rectangular, but also with be formed of any outline. In particular, at least some of the reflective subareas may be formed with an outline in the form of a motif, in particular in the form of characters or symbols. In the case of a general outline, the largest dimension of the partial regions in the plane is expediently below 300 gm, preferably below 100 gm, particularly preferably between 20 gm and 100 gm.
Die Breite der Facetten nimmt vorzugsweise jeweils die maximale, zur Ver- fügung stehende Breite eines Teilbereichs ein. Die Facettenform folgt dabei vorteilhaft dem Rand verlauf des Teilbereichs, der auch schräg oder ge- krümmt verlaufen kann. The width of the facets preferably each occupies the maximum available width of a partial area. The facet shape advantageously follows the edge of the section, which can also run obliquely or curved.
Vorteilhaft sind in den reflektiven Teilbereichen entlang der gemeinsamen Neigungsrichtung acht oder weniger, vorzugsweise fünf oder weniger, ins besondere zwei, drei oder vier Facetten angeordnet. Advantageously, eight or less, preferably five or less, in particular two, three or four facets are arranged in the reflective subregions along the common direction of inclination.
Die reflektiven Facetten sind mit Vorteil so orientiert, dass der reflektive Flä- chenbereich für einen Betrachter als gewölbte, insbesondere kontinuierlich gewölbte Fläche wahrnehmbar ist, vorzugsweise als eine in zwei Raumrich- tungen gewölbte, insbesondere kontinuierlich gewölbte Fläche wahrnehm bar ist. Weiter ist mit Vorteil vorgesehen, dass die reflektiven Facetten so orientiert sind, dass der reflektive Flächenbereich beim Kippen oder Drehen des Sicherheitselements einen Bewegungseffekt, Pumpeffekt, Tiefeneffekt, Relief eff ekt und/ oder Flipeffekt erzeugt. The reflective facets are advantageously oriented in such a way that the reflective area can be perceived by a viewer as a curved, in particular continuously curved surface, preferably as a surface curved in two spatial directions, in particular continuously curved. Furthermore, it is advantageously provided that the reflective facets are oriented in such a way that the reflective surface area produces a movement effect, pump effect, depth effect, relief effect and / or flip effect when tilting or rotating the security element.
Mit Vorteil weisen die reflektiven Facetten eine metallische oder halbleitende Beschichtung, eine hochbrechende Beschichtung oder eine Beschichtung mit einer farbkippenden Schicht auf. Die farbkippende Schicht kann insbesonde re als Dünnschichtsystem bzw. Dünnfilm-Interferenzbeschichtung ausgebil- det sein. Dabei kann z. B. eine Schichtfolge Metallschicht - dielektrische Schicht - Metallschicht oder eine Schichtfolge aus mindestens drei dielektri- schen Schichten, wobei die Brechzahl der mittleren Schicht geringer ist als die Brechzahl der beiden anderen Schichten, verwirklicht werden. Als die lektrisches Material kann z. B. ZnS, Si02, T1O2, MgF2 verwendet werden. Advantageously, the reflective facets have a metallic or semiconducting coating, a high refractive index coating or a coating with a color-shifting layer. The color-shifting layer can in particular be designed as a thin-layer system or thin-film interference coating. to be. It can be z. B. a layer sequence metal layer - dielectric layer - metal layer or a layer sequence of at least three dielectric layers, wherein the refractive index of the middle layer is less than the refractive index of the other two layers, realized. As the lektrisches material can, for. As ZnS, Si0 2 , T1O2, MgF 2 can be used.
Die farbkippende Schicht kann auch als Interferenzfilter, dünne semitrans- parente Metallschicht mit selektiver Transmission durch Plasmaresonanzef- fekte, Nanopartikel, etc. ausgebildet sein. Ebenso kann die farbkippende Schicht als diffraktive Reliefstruktur oder Sub- Wellenlängengitter realisiert sein. The color-shifting layer can also be formed as an interference filter, thin semitransparent metal layer with selective transmission by plasma resonance effects, nanoparticles, etc. Likewise, the color-shifting layer can be realized as a diffractive relief structure or sub-wavelength gratings.
Der reflektive Flächenbereich kann alternativ oder zusätzlich mit einer Flüs- sigkristallbeschichtung, vorzugsweise mit einer vollflächigen cholesterischen Flüssigkristallbeschichtung, versehen sein. The reflective surface region may alternatively or additionally be provided with a liquid crystal coating, preferably with a full-area cholesteric liquid crystal coating.
Die reflektiven Facetten stellen im Wesentlichen ebene, gegen die x-y -Ebene geneigte Flächenelemente dar, wobei die Formulierung "im Wesentlichen" der Tatsache Rechnung trägt, dass sich in der Praxis herstellungsbedingt keine perfekt ebenen Flächenelemente erzeugen lassen. Die Facetten eines Teilbereichs sind alle gleich orientiert, wobei kleine Variationen im Nei- gungswinkel von wenigen Prozent möglich sind. Vorzugsweise sind die Neigungswinkel eines Teilbereichs auf weniger als 3%, bevorzugt weniger als 2%, insbesondere weniger als 1% gleich. The reflective facets represent substantially planar surface elements inclined against the x-y plane, the expression "essentially" taking account of the fact that in production, due to production, it is not possible to produce perfectly flat surface elements. The facets of a subarea are all the same orientation, with small variations in the tilt angle of a few percent possible. Preferably, the inclination angles of a subregion are equal to less than 3%, preferably less than 2%, in particular less than 1%.
Die Erfindung enthält auch einen Datenträger mit einem Sicherheitselement der beschriebenen Art. Bei dem Datenträger kann es sich insbesondere um ein Wertdokument, wie eine Banknote, insbesondere eine Papierbanknote, eine Polymer banknote oder eine Folienverbundbanknote, um eine Aktie, eine Anleihe, eine Urkunde, einen Gutschein, einen Scheck, eine hochwertige Eintrittskarte, aber auch um eine Ausweiskarte, wie etwa eine Kreditkarte, eine Bankkarte, eine Barzahlungskarte, eine Berechtigungskarte, einen Per sonalausweis oder eine Passpersonalisierungsseite handeln. The invention also includes a data carrier with a security element of the type described. The data carrier may in particular be a value document, such as a banknote, in particular a paper banknote, a polymer banknote or a film composite banknote, for a share, a bond, a certificate, a voucher, a check, a high-quality entrance ticket, but also to act as an identification card, such as a credit card, a bank card, a cash card, an authorization card, a personal ID card or a pass personalization page.
Die Erfindung enthält weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Sicher - heitselements der oben beschriebenen Art, bei dem ein Träger bereitgestellt und mit einem reflektiven Flächenbereich versehen wird, dessen Ausdehnung eine x-y-Ebene und eine darauf senkrecht stehende z- Achse definiert, wobei der reflektive Flächenbereich mit einer Vielzahl von reflektiven Teilbereichen und jeder Teilbereich mit mehreren, gleich orientierten reflektiven Facetten ausgebildet wird, wobei eine Orientierung jeder Facette relativ zur x-y-Ebene durch die Angabe ihres normalisierten Normalenvektors bestimmt ist, die Pro- jektion des Normalenvektors in die x-y-Ebene eine Neigungsrichtung der Facette definiert, die Länge einer Facette ihre Abmessung in Nei- gungsrichtung, die Breite einer Facette ihre Abmessung senkrecht zur Neigungsrichtung in der x-y-Ebene, und die Höhe einer Facette ihre Abmessung in z-Richtung ist, und die gleich orientierten Facetten in den reflektiven Teilbereichen ent- lang ihrer gemeinsamen Neigungsrichtung mit abnehmender Länge und abnehmender Höhe angeordnet werden. Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nach- folgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maß- stabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die An schaulichkeit zu erhöhen. The invention further includes a method for producing a security element of the type described above, in which a carrier is provided and provided with a reflective surface region whose extent defines an xy plane and a z axis perpendicular thereto, the reflective surface region is formed with a multiplicity of reflective subareas and each subarea having a plurality of identically oriented reflective facets, an orientation of each facet relative to the xy plane being determined by the indication of its normalized normal vector, the projection of the normal vector into the xy plane The direction of inclination of the facet is defined, the length of a facet is its dimension in the inclination direction, the width of a facet is its dimension perpendicular to the inclination direction in the xy plane, and the height of a facet is its dimension in the z-direction, and the identically oriented facets in the reflective subregions along their common inclination direction can be arranged with decreasing length and decreasing height. Further exemplary embodiments and advantages of the invention will be explained below with reference to the figures, in the representation of which a representation true to scale and proportion has been dispensed with in order to increase the clarity.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfin- dungsgemäßen optisch variablen Sicherheitselement in Form eines auf geklebten Transferelements, 1 shows a schematic representation of a banknote with an optically variable security element according to the invention in the form of a glued transfer element,
Fig. 2 eine Illustration zum Zustandekommen des dreidimensionalen Fig. 2 is an illustration of the coming of the three-dimensional
Erscheinungsbilds des Sicherheitselements der Fig. 1, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines reflektiven Teilbereichs, der mit fünf hinter einanderliegenden Facetten gefüllt ist,  3 is a perspective view of a reflective portion filled with five facets lying behind one another, FIG.
Fig. 4 eine Darstellung einer der Facetten der Fig. 3 im Detail zur Fig. 4 is an illustration of one of the facets of Fig. 3 in detail to
Veranschaulichung der Definition der die Orientierung und Größe der Facetten beschreibenden Größen,  Illustration of the definition of the variables describing the orientation and size of the facets
Fig. 5 in perspektivischer Ansicht einen mit Facetten zu füllenden Fig. 5 in perspective view to be filled with facets
Teilbereich innerhalb eines reflektiven Flächenbereichs, Fig. 6 eine senkrechte Aufsicht auf den Flächenbereich und Teilbe- reich der Fig. 5, und Fig. 7 den Höhenverlauf der durch die Facetten des Teilbereichs ge- gebenen Reliefstruktur in einer Seitenansicht aus Richtung VII von Fig. 6. 6 shows a vertical plan view of the surface area and partial area of FIG. 5, and FIG 7 shows the height profile of the relief structure given by the facets of the partial area in a side view from the direction VII of FIG. 6.
Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Bankno- ten erläutert. Figur 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Bankno- te 10 mit einem erfindungsgemäßen optisch variablen Sicherheitselement 12 in Form eines aufgeklebten Transferelements. Es versteht sich allerdings, dass die Erfindung nicht auf Transferelemente und Banknoten beschränkt ist, sondern bei allen Arten von Sicherheitselementen eingesetzt werden kann, beispielsweise bei Etiketten auf Waren und Verpackungen oder bei der Absicherung von Dokumenten, Ausweisen, Pässen, Kreditkarten, Gesund- heitskarten und dergleichen. Bei Banknoten und ähnlichen Dokumenten kommen neben Transferelementen beispielsweise auch als Sicherheitsfäden oder Sicherheitsstreifen ausgebildete Sicherheitselemente in Betracht. The invention will now be explained using the example of security elements for banknotes. FIG. 1 shows a schematic representation of a banknote 10 with an optically variable security element 12 according to the invention in the form of a glued-on transfer element. It should be understood, however, that the invention is not limited to transfer elements and banknotes, but can be used with all types of security elements, such as labels on goods and packaging or in the security of documents, ID cards, passports, credit cards, health cards and like. In the case of banknotes and similar documents, in addition to transfer elements, for example, security elements designed as security threads or security strips may be considered.
Das in Fig. 1 gezeigte Sicherheitselement 12 ist selbst außerordentlich flach mit maximalen Höhendifferenzen von etwa 10 gm ausgebildet, vermittelt dem Betrachter aber dennoch einen deutlichen dreidimensionalen Eindruck des dargestellten Motivs einer scheinbar aus der Ebene der Banknote 10 her- ausgewölbten Wertzahl 14 hoher Helligkeit und Brillanz. Das Sicherheits- element 12 enthält hierzu einen reflektiven Flächenbereich 20, dessen Aus- dehnung eine x-y -Ebene definiert, die hier mit der Oberfläche der Banknote 10 zusammenfällt. Die z- Achse steht senkrecht auf der x-y -Ebene, so dass das durch die drei Achsen gebildete Koordinatensystem ein Rechtssystem bildet. The security element 12 shown in FIG. 1 is itself formed extremely flat with maximum height differences of about 10 gm, but still conveys to the viewer a clear three-dimensional impression of the depicted motif of a value 14 of high brightness and brilliance apparently bulged out of the plane of the banknote 10 , For this purpose, the security element 12 contains a reflective surface area 20 whose extension defines an x-y plane which here coincides with the surface of the banknote 10. The z-axis is perpendicular to the x-y plane, so that the coordinate system formed by the three axes forms a legal system.
Der besondere Aufbau erfindungsgemäßer optisch variabler Sicherheitsele- mente wird nun mit Bezug auf die Figuren 2 bis 4 näher erläutert. Zunächst illustriert Fig. 2 das Zustandekommen des dreidimensionalen Erscheinungs- bilds des Sicherheitselements 12, wobei das Bezugszeichen 40 die vom Be- trachter bei der Betrachtung des Sicherheitselements 12 wahrgenommene, in zwei Raumrichtungen gewölbte Fläche, beispielsweise die Wertzahl 14 der Fig. 1 darstellt. The particular structure of optically variable security elements according to the invention will now be explained in more detail with reference to FIGS. 2 to 4. First FIG. 2 illustrates the formation of the three-dimensional appearance of the security element 12, the reference numeral 40 representing the surface, which is perceived by the viewer when viewing the security element 12, curved in two spatial directions, for example the value 14 of FIG.
Im Träger 22 des Sicherheitselements 12 ist dabei nicht die vom Betrachter wahrgenommene gewölbte Fläche 40 selbst ausgebildet, sondern vielmehr eine Relief Struktur 24 mit einer Vielzahl kleiner reflektiver Teilbereiche 30, von denen im Ausschnitt der Fig. 2 vier Teilbereiche 30-1 bis 30-4 gezeigt sind. Die Teilbereiche 30 weisen jeweils mehrere reflektive Facetten 32 auf, die innerhalb eines Teilbereichs 30 jeweils alle mit gleicher Orientierung ausgebildet sind. In the carrier 22 of the security element 12 is not the perceived by the viewer curved surface 40 itself formed, but rather a relief structure 24 having a plurality of small reflective portions 30, of which in the detail of Fig. 2 four portions 30-1 to 30-4 are shown. The partial regions 30 each have a plurality of reflective facets 32, which are each formed with the same orientation within a partial region 30.
Zur genaueren Erläuterung zeigt Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines reflektiven Teilbereichs 30, der mit fünf hintereinanderliegenden Facetten 32-1 bis 32-5 gefüllt ist. Die Facetten 32-1 bis 32-5 stellen im Wesentlichen ebene, gegen die x-y-Ebene geneigte Flächenelemente dar. In Fig. 4 ist eine der Facetten 32 der Fig. 3 genauer dargestellt, um die Definition der die Orientierung und Größe der Facetten beschreibenden Größen zu veranschauli chen. For a more detailed explanation, FIG. 3 shows a perspective view of a reflective subregion 30 which is filled with five successive facets 32-1 to 32-5. The facets 32-1 to 32-5 represent substantially planar surface elements inclined against the xy plane. In Fig. 4, one of the facets 32 of Fig. 3 is shown in more detail to define the definition of the orientation and size of the facets To illustrate sizes.
Mit Bezug zunächst auf Fig. 4 ist die Orientierung jeder Facette 32 durch die Angabe ihres normalisierten Normalenvektors n = (nx, ny, nz) mit | n \ = 1 und positiver z-Komponente bestimmt. Die Projektion des Normalenvektors n in die x-y-Ebene des Flächenbereichs 20 definiert eine Neigungsrichtung r in der x-y-Ebene. Die Neigungsrichtung r stellt einen in der x-y-Ebene lie genden Vektor dar, dessen Richtung die Richtung angibt, in die senkrecht einfallendes Licht von der Facette 32 reflektiert wird. Falls der Normalenvek- tor n in einem Teilbereich senkrecht auf der x-y -Ebene stehen sollte, kann die Neigungsrichtung dieses Teilbereichs für die nachfolgend erläuterte Kon- struktion beliebig in der x-y-Ebene gewählt werden. . Referring first to Figure 4, the orientation of each facet 32 by specifying their normalized normal vector n = (x n, y n, n z) | n \ = 1 and positive z-component determined. The projection of the normal vector n into the xy plane of the surface area 20 defines an inclination direction r in the xy plane. The direction of inclination r represents a vector lying in the xy plane, the direction of which indicates the direction in which perpendicularly incident light is reflected by the facet 32. If the normal If the gate n should be located perpendicular to the xy plane in a subregion, the direction of inclination of this subregion can be selected arbitrarily in the xy plane for the construction explained below.
Die Abmessungen der Facetten 32 sind nun jeweils bezogen auf ihre Nei- gungsrichtung r definiert, wie in Fig. 4 illustriert. Als Länge L einer Facette 32 wird ihre Abmessung in Neigungsrichtung bezeichnet, als Breite B einer Facette ihre Abmessung senkrecht zur Neigungsrichtung in der x-y-Ebene und als Flöhe einer Facette ihre Abmessung in z-Richtung. Wie aus Fig. 4 unmittelbar ersichtlich, ist der Neigungswinkel a einer Facette 32 gegen die x-y-Ebene mit der Länge und der Höhe der Facette über die Beziehung tan (a) = H/L verknüpft. The dimensions of the facets 32 are now defined in each case with respect to their inclination direction r, as illustrated in FIG. 4. The length L of a facet 32 is its dimension in the direction of inclination, the width B of a facet its dimension perpendicular to the direction of inclination in the x-y plane, and the fleas of a facet its dimension in the z-direction. As can be readily seen from Fig. 4, the inclination angle a of a facet 32 against the x-y plane is linked to the length and height of the facet via the relationship tan (a) = H / L.
Zurückkommend auf die Darstellung der Fig. 2 sind die Facetten 32 des Flä- chenbereichs 20, um das Reflexionsverhalten der gewölbten Fläche 40 nach- zubilden, in jedem Teilbereich 30 gerade so orientiert, dass ihr Normalenvek tor n dort dem über die Ausdehnung des Teilbereichs 30 gemittelten lokalen Normalenvektor N der gewölbten Fläche 40 entspricht. Returning to the representation of FIG. 2, the facets 32 of the area 20 in order to simulate the reflection behavior of the curved surface 40 are oriented in each subarea 30 in such a way that their normal vectors lie there beyond the extent of the subarea 30 average local normal vector N corresponds to the curved surface 40.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Teilbereiche 30 mit quadrati schem Umriss ausgebildet, sie können im Allgemeinen aber auch beliebige andere Umrissformen aufweisen, wie weiter unten im Ausführungsbeispiel der Figuren 5 bis 7 illustriert. Die Kantenlänge K bzw. die maximale Abmes sung der Teilbereiche 30 in der x-y-Ebene liegt unterhalb von 300 gm und liegt insbesondere im Bereich von 20 gm bis 100 gm. In the exemplary embodiment shown, the subregions 30 are designed with a square outline, but in general they can also have any other contours, as illustrated below in the exemplary embodiment of FIGS. 5 to 7. The edge length K or the maximum dimension of the subareas 30 in the x-y plane is below 300 gm and is in particular in the range from 20 gm to 100 gm.
Länge L und Breite B der Facetten 32 liegen oberhalb vom 3 gm, vorzugswei se oberhalb von 5 gm, und die Höhe der Facetten liegt zwischen 0 und 10 gm, vorzugsweise zwischen 0 und 5 gm, so dass der gesamte reflektive Flä- chenbereich Höhenunterschiede von maximal 10 mm aufweist, welche mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar sind. Length L and width B of the facets 32 are above 3 gm, preferably above 5 gm, and the height of the facets is between 0 and 10 gm, preferably between 0 and 5 gm, so that the entire reflective surface is chenbereichs height differences of up to 10 mm, which are imperceptible to the naked eye.
Da die geometrische Reflexionsbedingung "Einfallswinkel gleich Ausfalls- winkel" für die Reflexion von gerichtetem Licht 42 (Fig. 2) nur von der loka- len Orientierung des Normalenvektors der reflektierenden Fläche 40, 24 ab hängt und die Teilbereiche 30 zudem sehr klein sind und damit selbst nicht in Erscheinung treten, zeigt der reflektive Flächenbereich 20 mit der Reliefstruktur 24 im Wesentlichen dieselben Reflexionseigenschaften wie die zu imitierende dreidimensionale Fläche 40 und erzeugt daher beim Betrachter trotz seiner geringen Höhendifferenzen den ausgeprägt dreidimensionalen Eindruck der imitierten Fläche 40. Since the geometric reflection condition "angle of incidence equal failure angle" for the reflection of directed light 42 (FIG. 2) depends only on the local orientation of the normal vector of the reflective surface 40, 24 and the subregions 30 are also very small and thus Even if they do not appear, the reflective area 20 with the relief structure 24 exhibits substantially the same reflection properties as the three-dimensional area 40 to be imitated and therefore produces the pronounced three-dimensional impression of the imitated area 40 in the viewer despite its small height differences.
Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht nun in der besonders geschickten Anordnung der Facetten 32 in den Teilbereichen 30, die zu einer hohen Helligkeit und Brillanz des Flächenbereichs 20 führt. The peculiarity of the present invention consists in the particularly clever arrangement of the facets 32 in the subregions 30, which leads to a high brightness and brilliance of the surface region 20.
Da die Facetten 32 in den Teilbereichen 30 jeweils gleich orientiert sind, also denselben Neigungswinkel a und denselben normalisierten Normalenvektor aufweisen, ist auch die in die x-y-Ebene projizierte Neigungsrichtung r für alle Facetten 32 eines Teilbereichs 30 gleich, so das in jedem Teilbereich von einer gemeinsamen Neigungsrichtung der Facetten gesprochen werden kann. Since the facets 32 in the subregions 30 are in each case oriented identically, ie have the same inclination angle a and the same normalized normal vector, the inclination direction r projected into the xy plane is the same for all facets 32 of a subarea 30, so that in each subarea of one common tilt direction of the facets can be spoken.
Wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt, sind die gleich orientierten Facetten 32 bzw. 32-1 bis 32-5 in den reflektiven Teilbereichen 30 entlang ihrer gemein samen Neigungsrichtung r mit abnehmender Höhe H und abnehmender Länge L angeordnet. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die in Neigungsrichtung r erste (hinterste) Facette 32-1 eines Teilbereichs 30 eine gewünschte maximale Höhe Hmax aufweist und die in Neigungsrichtung r nachfolgenden Facetten 32 jeweils 80% der Höhe und 80% der Länge der vorhergehenden Facette aufweisen. Da sich Höhe und Länge der Facetten 32 dabei stets um den gleichen Faktor ändern, bleibt der Neigungswinkel, der durch tan(a) = H/L gegeben ist, unverändert. As shown in Figs. 2 and 3, the like oriented facets 32 and 32-1 to 32-5, respectively, are disposed in the reflective portions 30 along their common inclination direction r with decreasing height H and decreasing length L. For this purpose, it can be provided, for example, that the first (rearmost) facet 32-1 of a subarea 30 in the direction of inclination r has desired maximum height H max and the subsequent in the direction of inclination r subsequent facets 32 each have 80% of the height and 80% of the length of the previous facet. Since the height and length of the facets 32 always change by the same factor, the angle of inclination, which is given by tan (a) = H / L, remains unchanged.
Um ein konkretes Zahlenbeispiel anzugeben, betrage der gewünschte Nei- gungswinkel für einen Flächenbereich a = 30° und die erste Facette 32-1 wei- se als maximal gewünschte Höhe eine Höhe von Hi = 10 pm auf. Ihre Länge Li ergibt dann sich aus dem Neigungswinkel a = 30° mit der Beziehung Li = Hi/ tan (a) zu Li = 17,32 pm. Die zweite Facette 32-2 schließt in Neigungs- richtung unmittelbar an die erste Facette 32-1 an, weist aber nur eine Höhe von H2 = 0,8* Hi = 8 pm auf. Ihre durch den Neigungswinkel a festgelegte Länge ist dann L2 = H2/ tan (a) = 13,86 pm, wobei nach Konstruktion auto matisch auch L2 = 0,8*Li gilt. Die dritte Facette 32-3 schließt in Neigungsrich tung unmittelbar an die zweite Facette 32-2 an, weist aber nur eine Höhe H3 = 0,8* H2 = 6,4 pm und eine durch den Neigungswinkel a gegebene Länge L3 = H3/ tan (a) = 11,08 pm auf, wobei auch hier wieder L3 = 0,8*L2 gilt. Anlog weisen die weiteren Facetten 32-4 und 32-5 Höhen von H4 = 5,12 pm und Hs = 4,1 pm und zugehörige Längen L4 bzw. Ls auf. Die Summe der Längen Li bis Ls entspricht der Kantenlänge K des Teilbereichs 30. Die Breite der Facet ten 32-1 bis 32-5 ist im Ausführungsbeispiel konstant und entspricht der Kantenbreite K des quadratischen Teilbereichs 30. In order to specify a concrete numerical example, the desired inclination angle for a surface area a = 30 ° and the first facet 32-1 have a height of Hi = 10 μm as the maximum desired height. Its length Li then results from the angle of inclination a = 30 ° with the relationship Li = Hi / tan (a) to Li = 17.32 pm. The second facet 32-2 directly adjoins the first facet 32-1 in the tilt direction, but only has a height of H 2 = 0.8 * Hi = 8 pm. Its length defined by the angle of inclination a is then L 2 = H 2 / tan (a) = 13.86 pm, whereby automatically L 2 = 0.8 * Li also applies by construction. The third facet 32-3 directly adjoins the second facet 32-2 in the direction of inclination, but has only a height H 3 = 0.8 * H 2 = 6.4 pm and a length L 3 given by the inclination angle a H 3 / tan (a) = 11.08 pm, where again L 3 = 0.8 * L 2 . Analogously, the further facets 32-4 and 32-5 have heights of H 4 = 5.12 pm and Hs = 4.1 pm and associated lengths L 4 and Ls, respectively. The sum of the lengths Li to Ls corresponds to the edge length K of the portion 30. The width of the Facet th 32-1 to 32-5 is constant in the embodiment and corresponds to the edge width K of the square portion 30th
Eine solche Anordnung ist nirgends periodisch und weist daher eine hohe Nachahmungssicherheit und durch das Fehlen störender dif fr aktiver Effekte und farbiger Lichtreflexe auch eine hohe Brillanz auf. Gegenüber herkömm lichen aperiodischen Gestaltungen ist die Brillanz der Facettenanordnung deutlich erhöht, da insbesondere bei kleinen Neigungswinkeln a große zu- sammenhängende Flächen möglich sind. Durch die in Neigungsrichtung abnehmende Facettengröße werden auch gegenseitige Verschattungseffekte minimiert. Such an arrangement is nowhere periodic and therefore has a high imitation security and by the absence of disturbing dif fr active effects and colored light reflections also a high brilliance. Compared to conventional aperiodic designs, the brilliance of the facet arrangement is markedly increased, since, in particular, at small angles of inclination a, a large amount is added. connected surfaces are possible. The facet size, which decreases in the direction of inclination, also minimizes mutual shading effects.
Die Anordnung der Facetten 32 und die Wahl der Facettenparameter für ei- nen allgemeinen, mit beliebigem Umriss ausgebildeten Teilbereich 30 wer- den nun anhand der Figuren 5 bis 7 näher beschrieben. Zunächst zeigt Fig. 5 in perspektivischer Ansicht einen mit Facetten 32 zu füllenden Teilbereich 30 innerhalb eines reflektiven Flächenbereichs 20. Aus dem lokalen Normalenvektor N der darzustellenden gewölbten Fläche 40 ergibt sich durch Mitte lung der für den Teilbereich 30 gewünschte normalisierte Normalenvektor «. Aus diesem erhält man durch Projektion in die x-y -Ebene die gemeinsame Neigungsrichtung r für alle Facetten des Teilbereichs 30. Der Winkel zwi- schen den Vektoren n und r ist dabei der Komplementärwinkel zum Nei- gungswinkel a der Facetten, ergänzt sich also mit diesem zu 90°. Der Nei gungswinkel a sei im Teilbereich 30 beispielhaft a = 30°. The arrangement of the facets 32 and the choice of the facet parameters for a general subregion 30 having an arbitrary contour will now be described in more detail with reference to FIGS. 5 to 7. First, FIG. 5 shows a perspective view of a partial region 30 to be filled with facets 32 within a reflective surface region 20. The normal normal vector N of the arched surface 40 to be represented results from the normalized normal vector desired for the partial region 30. From this one obtains by projection into the xy-plane the common inclination direction r for all facets of the sub-region 30. The angle between the vectors n and r is the complementary angle to the inclination angle a of the facets, thus complements this 90 °. The inclination angle a is in the partial area 30 by way of example a = 30 °.
Die Facetten 32 sollen nun entlang einer Gerade 50 in Neigungsrichtung r von hinten nach vorne mit abnehmender Höhe und abnehmender Länge angeordnet werden. Die Begriffe 'hinten' und 'vorne' beziehen sich dabei auf die Richtung des Vektors r und sind daher stets eindeutig definiert. Mit Be zug auf Fig. 6, die den Flächenbereich 20 mit dem Teilbereich 30 in senkrech ter Aufsicht zeigt, werden hierzu zunächst zwei Tangenten 52 an den Umriss 34 des Teilbereichs 30 angelegt, welche senkrecht auf der Geraden 50 stehen und deren Abstand die Länge Lges des Teilbereichs 30 in Neigungsrichtung r angibt. Im Ausführungsbeispiel sei dieser Abstand beispielhaft Lges = 55 gm. The facets 32 are now to be arranged along a straight line 50 in the direction of inclination r from back to front with decreasing height and decreasing length. The terms 'back' and 'front' refer to the direction of the vector r and are therefore always clearly defined. With reference to Fig. 6, which shows the surface portion 20 with the portion 30 in senkrech ter supervision, two tangents 52 are initially applied to the contour 34 of the portion 30, which are perpendicular to the straight line 50 and whose distance is the length L. ges of the portion 30 in the direction of inclination r indicates. In the exemplary embodiment, this distance is by way of example L ges = 55 gm.
Nun wird eine gewünschte Maximalhöhe für die Facetten vorgeben, etwa Hmax = 10 pm, sowie ein Skalierungsfaktor für die abnehmende Facettengrö- ße, beispielsweise £ = 0,8. Darm wird eine erste Facette mit Fli = Flmax gewählt und die zugehörige Länge Li = Hi/ tan (30°) = 17,32 pm bestimmt. Es wird eine zweite Facette mit H2 = f*Hi und L2 = f*Li hinzugefügt, die aufgrund der Wahl der Werte für die Höhe und Länge denselben Neigungswinkel a wie die erste Facette aufweist, tan(a) = H2/L2 = HL/LI . Im Ausführungsbeispiel ist etwa H2 = 8 gm und L2 = 13,86 gm. Now, a desired maximum height for the facets will be specified, such as Hma x = 10 pm, as well as a scaling factor for the decreasing facet size. For example, £ = 0.8. Intestine is a first facet with Fli = Fl max selected and the associated length Li = Hi / tan (30 °) = 17.32 pm determined. A second facet with H 2 = f * Hi and L 2 = f * Li is added, which has the same inclination angle a as the first facet due to the choice of height and length values, tan (a) = H 2 / L 2 = HL / LI. In the exemplary embodiment, H 2 = 8 gm and L 2 = 13.86 gm.
Dann werden solange jeweils mit dem Skalierungsfaktor f verkleinerte Facet ten hinzugefügt, bis die Summe der Facettenlängen die Länge des Teilbe- reichs Lges erreicht oder übersteigt. Im Ausführungsbeispiel ist dies nach dem Hinzufügen der fünften Facette der Fall, da die Summe der Facetten- längen dann Then, as long as each of the scaling factor f th reduced Facet added to reach the sum of the facet lengths of the length of the Teilbe- Reich L ges or higher. In the exemplary embodiment, this is the case after the addition of the fifth facet, since the sum of the facet lengths is then
Lsum = 17,32 gm + 13,86 gm + 11,08 gm + 8,87 gm + 7,09 gm = 58,22 gm beträgt und damit die Länge Lges = 55 gm übersteigt. Lsum = 17.32 gm + gm + 13.86 11.08 + 8.87 gm gm gm + 7.09 = 58.22 is gm and thus the length L ges = 55 exceeds gm.
Um diese Facettenanordnung in dem Teilbereich 30 unterzubringen, werden die Längen und Höhen auf die gewünschte Gesamtlänge Lges skaliert, und dazu alle Längen und Höhen mit einem Passerfaktor P = Lges/LSummultipli- ziert, der vorliegend P = 55/58,22 beträgt. Dadurch wird sicher gestellt, dass a) die Facettenanordnung in Neigungsrichtung r genau in den Teilbe reich passt, da die skalierte Summe der Facettenlängen genau Lges beträgt, b) die Maximalhöhe Hmax nicht überschritten wird, da der Passerfaktor nach Konstruktion stets kleiner oder gleich 1 ist, und In order to accommodate this facet arrangement in the subarea 30, the lengths and heights are scaled to the desired overall length L tot , and for that purpose all the lengths and heights are multiplied by a passer factor P = L ges / L Sum , in the present case P = 55/58, 22 is. This ensures that a) the facet arrangement in the direction of inclination r exactly fits in the Teilbe, since the scaled sum of the facet lengths is exactly L ges , b) the maximum height H max is not exceeded, since the Passerfaktor after construction is always less than or equal 1 is, and
c) die Neigungswinkel a durch die Skalierung nicht verändert werden, da Länge L und Höhe H mit demselben Passerfaktor multipliziert werden, so dass der durch den Quotient (P*H)/(P*L) = H/L gegebene Neigungswin kel unverändert bleibt. Im genannten Ausführungsbeispiel beträgt beispielsweise die Höhe der ers ten Facette 32-1 nach der Skalierung H'i = P*Hi= 9,45 pm und ihre Länge beträgt L'i = P*Li = 16,36 pm. Die Größen der weiteren Facetten 32-2 bis 32-5 sind entsprechend jeweils um einen Faktor 0,8 kleiner als die vorgehende Facette, also H'2 = 7,56 pm und L'2 = 13,09 pm, etc. Alle Facetten weisen einen Neigungswinkel von a = 30° auf und die Summe der Facettenlängen beträgt durch die Skalierung gerade Lges = 55 pm. c) the inclination angles a are not changed by the scaling, since length L and height H are multiplied by the same passer factor, so that the tilt angle given by the quotient (P * H) / (P * L) = H / L remains unchanged , In the mentioned embodiment, for example, the height of the first facet 32-1 after scaling is H'i = P * Hi = 9.45 pm and its length is L i = P * Li = 16.36 pm. The sizes of the further facets 32-2 to 32-5 are correspondingly smaller by a factor of 0.8 than the preceding facet, ie H ' 2 = 7.56 pm and L' 2 = 13.09 pm, etc. All facets have an inclination angle of a = 30 ° and the sum of the facet lengths is by the scaling just L ges = 55 pm.
Mit Bezug auf Fig. 6 wird mit den so skalierten Facetten 32-1 bis 32-5 ein Rechteck gefüllt, das durch die beiden bereits genannten Tangenten 52 und durch zwei Tangenten 54 an den Teilbereich 30 parallel zur Geraden 50 defi- niert ist. Die Facetten werden dann auf das Innere des Teilbereichs 30 be schränkt, so dass nur der Teilbereich 30, dieser aber vollständig mit den be schriebenen Facetten gefüllt ist. In Fig. 6 sind die Facetten 32-1 bis 32-5 zur Illustration von hinten (links oben in Fig. 6) nach vorne (rechts unten in Fig. 6) abwechselnd unterschiedlich schraffiert eingezeichnet. With reference to FIG. 6, a rectangle is filled with the scaled facets 32-1 to 32-5, which is defined by the two already mentioned tangents 52 and by two tangents 54 to the partial region 30 parallel to the straight line 50. The facets are then limited to the interior of the portion 30 be, so that only the portion 30, but this is completely filled with the be written facets. In Fig. 6, the facets 32-1 to 32-5 for illustration from behind (top left in Fig. 6) to the front (bottom right in Fig. 6) are shown alternately hatched.
Der Höhenverlauf der durch die Facetten 32-1 bis 32-5 gegebenen Reli efstruktur 24 ist in Fig. 7 illustriert, die eine Seitenansicht des Teilbereichs 30 aus Richtung VII von Fig. 6, also in Neigungsrichtung r und entlang der Ge raden 50 von Fig. 6 zeigt. Ebenfalls eingezeichnet ist der normalisierte Nor malenvektor n des Teilbereichs 30, der den Ausgangspunkt der Konstruktion der Facetten 32-1 bis 32-5 darstellt. The height profile of the given by the facets 32-1 to 32-5 Reli efstruktur 24 is illustrated in Fig. 7, which is a side view of the portion 30 from VII direction of Fig. 6, ie in the direction of inclination r and along the Ge straight 50 of FIG 6 shows. Also drawn in is the normalized normal vector n of the subregion 30, which represents the starting point for the construction of the facets 32-1 to 32-5.
Bei dem Höhenverlauf der Reliefstruktur 24 ändert sich neben der jeweiligen Abmessung der Facetten 32-1 bis 32-5 in z-Richtung auch deren absolute Höhe bezogen auf die x-y-Ebene. Dabei sind die Facetten in der Oberfläche des Trägers so gebildet, dass die tiefsten Punkte bzw. die minimalen Hö henwerte aller Facetten in einer (zur x-y-Ebene parallelen) Ebene liegen (die Facetten 32-1 bis 32-5 stellen im Wesentlichen ebene, gegen die x-y-Ebene geneigte Flächenelemente dar). In the height profile of the relief structure 24, in addition to the respective dimension of the facets 32-1 to 32-5 in the z-direction, their absolute height with respect to the xy plane also changes. In this case, the facets in the surface of the carrier are formed such that the lowest points or the minimum height values of all facets lie in a plane (parallel to the xy plane) (the Facets 32-1 to 32-5 represent substantially planar surface elements inclined to the xy plane).
Liegen die jeweiligen Spitzenwerte bzw. die maximalen (absoluten) Höhen- werte aller Facetten 32-1 bis 32-5 des Teilbereichs 30, bezogen auf die x-y- Ebene, andererseits alle auf gleicher Höhe bzw. in einer zu x-y-Ebene paral- lelen Ebene, was der Betrachtung der in Fig. 7 dargestellten Reliefstruktur 24 (bzw. der durch die Facetten 32-1 bis 32-5 gebildeten reflektiven Grenzfläche) von der Rückseite entspricht, sind die Facetten 32-1 bis 32-5 entlang ih- rer gemeinsamen Neigungsrichtung mit zunehmender Länge und zuneh mender Höhe angeordnet. Auch bei einer solchen Anordnung werden gegenseitige Verschattungseffekte minimiert. On the other hand, if the respective peak values or the maximum (absolute) height values of all facets 32-1 to 32-5 of the subarea 30, relative to the xy plane, are all at the same level or parallel to the xy plane Plane, which corresponds to the viewing of the relief structure 24 shown in FIG. 7 (or the reflective interface formed by the facets 32-1 to 32-5) from the rear side, are the facets 32-1 to 32-5 along their joint inclination direction arranged with increasing length and increas ing level. Even with such an arrangement, mutual shading effects are minimized.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Banknote 10 banknote
12 Sicherheitselement 12 security element
14 herausgewölbte Wertzahl14 curved value
20 reflektiver Flächenbereich20 reflective surface area
22 Träger 22 carriers
24 Reliefstruktur 24 relief structure
30 Teilbereiche  30 subareas
30-1 bis 30-4 Teilbereiche  30-1 to 30-4 sections
32 Facetten 32 facets
32-1 bis 32-5 Facetten  32-1 to 32-5 facets
34 Umriss 34 outline
40 gewölbte Fläche  40 arched area
42 einfallendes Licht 42 incident light
50 Gerade 50 Straight
52 Tangenten 52 tangents
54 Tangenten 54 tangents

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Optisch variables Sicherheitselement zur Absicherung von Wertge genständen, mit einem Träger mit einem reflektiven Flächenbereich, dessen Ausdehnung eine x-y-Ebene und eine darauf senkrecht stehende z- Achse definiert, wobei der reflektive Flächenbereich eine Vielzahl von reflektiven Teilberei chen enthält und jeder Teilbereich mehrere, gleich orientierte reflekti ve Facetten auf weist, und eine Orientierung jeder Facette relativ zur x-y-Ebene durch die Anga- be ihres normalisierten Normalenvektors bestimmt ist, die Projektion des Normalenvektors in die x-y-Ebene eine Neigungsrichtung der Fa- cette definiert, die Länge einer Facette ihre Abmessung in Neigungs richtung, die Breite einer Facette ihre Abmessung senkrecht zur Nei gungsrichtung in der x-y-Ebene, und die Höhe einer Facette ihre Ab messung in z-Richtung ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den reflektiven Teilbereichen die gleich orientierten Facetten ent lang ihrer gemeinsamen Neigungsrichtung mit abnehmender Länge und abnehmender Höhe angeordnet sind. 1. An optically variable security element for hedging Wertge objects, with a carrier having a reflective surface area whose extension defines an xy plane and a z-axis perpendicular thereto, wherein the reflective area contains a plurality of reflective Teilberei surfaces and each subarea more , an orientation of each facet relative to the xy plane is determined by the indication of its normalized normal vector, the projection of the normal vector into the xy plane defines an inclination direction of the facet, the length of one Facet their dimension in the direction of inclination, the width of a facet their dimension perpendicular to the direction of inclination in the xy plane, and the height of a facet is their dimension in the z-direction, characterized in that in the reflective portions of the same oriented facets ent long their common inclination direction with decreasing length e and decreasing height are arranged.
2. Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gleich orientierten Facetten zumindest in einer Teilmenge der Teilberei- che jeweils entlang ihrer gemeinsamen Neigungsrichtung mit einer um den- selben konstanten Faktor abnehmenden Länge und Höhe angeordnet sind. 2. Security element according to claim 1, characterized in that the identically oriented facets at least in a subset of Teilberei- are each arranged along their common direction of inclination with a decreasing by the same constant factor length and height.
3. Sicherheitselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der konstante Faktor zwischen 0,6 und 0,95, vorzugsweise zwischen 0,75 und 0,85 liegt. 3. Security element according to claim 2, characterized in that the constant factor is between 0.6 and 0.95, preferably between 0.75 and 0.85.
4. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gleich orientierten Facetten zumindest in einer Teilmenge der Teilbereiche jeweils entlang ihrer gemeinsamen Nei- gungsrichtung mit einer von Facette zu Facette um eine konstante Höhendif- ferenz abnehmenden Höhe angeordnet sind. 4. The security element according to claim 1, characterized in that the identically oriented facets are arranged at least in a subset of the subregions in each case along their common inclination direction with a height decreasing from facet to facet by a constant height difference.
5. Sicherheitselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die konstante Höhendifferenz zwischen 50 nm und 400 nm, vorzugsweise zwischen 80 nm und 150 nm liegt. 5. A security element according to claim 4, characterized in that the constant height difference between 50 nm and 400 nm, preferably between 80 nm and 150 nm.
6. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Facetten des reflektiven Flä- chenbereichs eine Maximalhöhe Hmax nicht überschreitet, die weniger als 20 pm, bevorzugt 10 gm oder weniger, besonders bevorzugt 5 pm oder weniger beträgt. 6. The security element according to claim 1, characterized in that the height of the facets of the reflective area does not exceed a maximum height H max which is less than 20 μm, preferably 10 μm or less, particularly preferably 5 μm or less is.
7. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gleich orientierten Facetten entlang der gemeinsamen Neigungsrichtung direkt aneinandergrenzen. 7. Security element according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the identically oriented facets adjoin one another directly along the common direction of inclination.
8. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektiven Teilbereiche in der gemein- samen Neigungsrichtung der Facetten eine Länge unterhalb von 300 gm, vorzugsweise unterhalb von 100 gm, besonders bevorzugt zwischen 20 gm bis 100 gm auf weisen. 8. A security element according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the reflective subregions in the common Seeds direction of the facets have a length below 300 gm, preferably below 100 gm, more preferably between 20 gm to 100 gm have.
9. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gleich orientierten Facetten mit einer Breite ausgebildet sind, die jeweils die maximale, zur Verfügung stehende Breite des Teilbereichs einnimmt, wobei die Facettenform vorteilhaft dem Rand verlauf des Teilbereichs folgt. 9. A security element according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the identically oriented facets are formed with a width, each occupying the maximum, available width of the portion, wherein the facet shape advantageously follows the edge of the portion.
10. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den reflektiven Teilbereichen entlang der gemeinsamen Neigungsrichtung acht oder weniger, vorzugsweise fünf oder weniger, insbesondere zwei, drei oder vier Facetten angeordnet sind. 10. A security element according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that eight or less, preferably five or less, in particular two, three or four facets are arranged in the reflective subregions along the common direction of inclination.
11. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der reflektiven Teilberei- che mit einem Umriss in Form eines Motivs, insbesondere in Form von Zei chen oder Symbolen ausgebildet ist. 11. A security element according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that at least a part of the reflective Teilberei- surface with an outline in the form of a motif, in particular in the form of Zei chen or symbols is formed.
12. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektiven Facetten so orientiert sind, dass der reflektive Flächenbereich für einen Betrachter als gewölbte, insbe- sondere kontinuierlich gewölbte Fläche wahrnehmbar ist, vorzugsweise als eine in zwei Raumrichtungen gewölbte, insbesondere kontinuierlich gewölb te Fläche wahrnehmbar ist. 12. The security element according to claim 1, characterized in that the reflective facets are perceptible to a viewer as an arched, in particular continuously curved surface, preferably as an arched in two spatial directions, in particular continuously vaulted te surface is perceptible.
13. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektiven Facetten so orientiert sind, dass der reflektive Flächenbereich beim Kippen oder Drehen des Sicherheit- selements einen Bewegungseffekt, Pumpeffekt, Tiefeneffekt, Relief effekt und/ oder Flipeffekt erzeugt. 13. A security element according to at least one of claims 1 to 12, characterized in that the reflective facets are oriented, when the tilting or rotation of the security element, the reflective surface area produces a movement effect, pump effect, depth effect, relief effect and / or flip effect.
14. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektiven Facetten eine metallische oder halbleitende Beschichtung, eine hochbrechende Beschichtung oder eine Be schichtung mit einer farbkippenden Schicht aufweisen. 14. A security element according to at least one of claims 1 to 13, characterized in that the reflective facets have a metallic or semiconductive coating, a high refractive index coating or a coating with a color-shifting layer.
15. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der reflektive Flächenbereich mit einer Flüs sigkristallbeschichtung versehen ist, vorzugsweise mit einer vollflächigen cholesterischen Flüssigkristallbeschichtung. 15. A security element according to at least one of claims 1 to 14, characterized in that the reflective surface area is provided with a liq sigkristallbeschichtung, preferably with a full-surface cholesteric liquid crystal coating.
16. Datenträger mit einem Sicherheitselement nach wenigstens einem der16. Disk with a security element according to at least one of
Ansprüche 1 bis 15. Claims 1 to 15.
17. Verfahren zum Herstellen eines optisch variablen Sicherheitselements nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem ein Träger bereitgestellt und mit einem reflektiven Flächenbereich versehen wird, dessen Ausdehnung eine x-y-Ebene und eine darauf senkrecht stehende z- Achse definiert, - wobei der reflektive Flächenbereich mit einer Vielzahl von reflektiven17. A method for producing an optically variable security element according to any one of claims 1 to 15, wherein a carrier is provided and provided with a reflective surface area whose extension defines an xy plane and a z-axis perpendicular thereto, - wherein the reflective Surface area with a variety of reflective
Teilbereichen und jeder Teilbereich mit mehreren, gleich orientierten reflektiven Facetten ausgebildet wird, wobei eine Orientierung jeder Facette relativ zur x-y -Ebene durch die Angabe ihres normalisierten Normalenvektors bestimmt ist, die Pro- jektion des Normalenvektors in die x-y-Ebene eine Neigungsrichtung der Facette definiert, die Länge einer Facette ihre Abmessung in Nei- gungsrichtung, die Breite einer Facette ihre Abmessung senkrecht zurSubareas and each subarea is formed with a plurality of identically oriented reflective facets, where an orientation of each facet relative to the xy plane is determined by the specification of its normalized normal vector, the projection of the normal vector into the xy plane defines a tilt direction of the facet, the length of a facet defines its dimension in the tilt direction, the width of one facet Facet their dimension perpendicular to
Neigungsrichtung in der x-y-Ebene, und die Höhe einer Facette ihre Abmessung in z-Richtung ist, die gleich orientierten Facetten in den reflektiven Teilbereichen ent- lang ihrer gemeinsamen Neigungsrichtung mit abnehmender Länge und abnehmender Höhe angeordnet werden. Direction of inclination in the x-y plane, and the height of a facet is its dimension in the z-direction, the equally oriented facets in the reflective portions are arranged along their common inclination direction with decreasing length and decreasing height.
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