EP3883783B1 - Codierungssystem zum ausbilden eines sicherheitsmerkmals in oder an einem sicherheits- oder wertdokument oder einer mehrzahl von sicherheits- oder wertdokumenten - Google Patents

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EP3883783B1
EP3883783B1 EP19752084.4A EP19752084A EP3883783B1 EP 3883783 B1 EP3883783 B1 EP 3883783B1 EP 19752084 A EP19752084 A EP 19752084A EP 3883783 B1 EP3883783 B1 EP 3883783B1
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EP
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security
phosphor
emission
coding system
phosphors
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Manfred Paeschke
Roland HEISE
Guido HAUßMANN
Oliver Muth
Cornelia VANDAHL
Sylke RÖSLER
Sven RÖSLER
Wolfgang Kempfert
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Bundesdruckerei GmbH
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    • G07D7/2033—Matching unique patterns, i.e. patterns that are unique to each individual paper

Definitions

  • the invention relates to a coding system for forming a security feature in or on one or more security or value documents. Furthermore, the invention relates to a security feature which is formed in the form of several security elements and to a security or value document comprising a security feature according to the invention.
  • Luminescent organic and/or inorganic materials have long been used in a variety of ways as security features in security and valuable documents, such as banknotes, passports, identity cards, driving licenses, etc., but also in product protection.
  • the spectral distance between the individual emission lines of the phosphors used to create a coding system should be at least 10 nm.
  • the use of phosphor pigments that emit exclusively outside the visible spectral range is considered to be a significant advantage over the state of the art known up to that point in the last-mentioned publication.
  • the document WO 2012/003854 A1 describes a security feature that uses luminescent pigments that consist of a host lattice doped with a luminophore and that, after optical excitation, exhibit a characteristic luminescence spectrum with several luminescence peaks. The intensity ratios of these luminescence peaks are adjusted by determining the molar fraction of the luminophore in such a way that the luminescence spectra are difficult to imitate.
  • the document WO 2017/080654 A1 relates to a pigment system of different capsule luminescent pigments which have different emission spectra and different color impressions of the luminescence emissions and which are said to have essentially the same chemical stabilities.
  • the document EP 1 647 947 A1 describes a device and a method for checking luminescence security features, wherein the response signals measured after excitation have overlapping spectral bands.
  • luminescent security elements belonging to this class of features can already be found in countless security and valuable documents (passports, ID cards, theater tickets), although such "quasi-level 1" features often lack the necessary security against forgery.
  • luminescent security features also had a Level 3 security characteristic in addition to their Level 2 functionality, which could consist of the provision of machine-readable codes. Such codes could be used to verify authenticity, to encode nominal values or also to sort, for example, different banknote denominations or value products.
  • the invention is based on the technical problem of providing a coding system for forming a security feature in or on one or more security or value documents and thus a system for forming security features in the form of security elements in which the security features can be made visible with the aid of simple excitation sources and at the same time the highest possible security against forgery is guaranteed.
  • Luminescence is the electromagnetic radiation emitted by a physical system during the transition from an excited state to the ground state. Depending on Depending on the excitation conditions and the spectral range of the emitted electromagnetic radiation, different types of luminescence are distinguished (e.g. photoluminescence, cathodoluminescence, X-ray luminescence, electroluminescence, etc.).
  • Photoluminescence refers to the type of luminescence in which the excitation occurs with the help of UV radiation and the resulting luminescence radiation is emitted in the visible spectral range (with wavelengths of approximately 380 nm to 780 nm).
  • Anti-Stokes luminescence is a special case of luminescence, where after multi-stage IR-induced excitation, emission also occurs in the visible spectral range.
  • Phosphors are organic or inorganic chemical compounds that exhibit luminescence phenomena when excited by electromagnetic or particle radiation or when excited by electric fields. To make this possible, activator ions and, if necessary, coactivator ions that act as radiation centers are incorporated into the phosphor base lattices (phosphor matrices) formed by the chemical compounds. These phosphors are often present as solids, particularly in the form of luminescent pigments.
  • An emission spectrum describes the spectral distribution of the electromagnetic radiation or light emitted by the phosphors.
  • Such an emission spectrum can consist of emission lines and/or emission bands.
  • phosphor combination In various technical applications of phosphors (for example for the production of fluorescent lamps or white-emitting LEDs), it has proven advantageous that the emission spectra required to realize the respective problem can be adjusted by a targeted combination of individual phosphors based on the mixture of these individual phosphors.
  • the term "phosphor combination” is often used. Phosphor combination(s) also includes the understanding that the interactions occurring under the respective excitation conditions between the individual phosphors used in the respective "phosphor mixture" are taken into account when they are combined.
  • the terms phosphor combination and phosphor mixture are understood to be essentially equivalent in the present application.
  • a code is generally a mapping rule for the assignment of characters, symbols or measurable properties to a set of characters.
  • Luminescence codes result in the measurement data to be assigned from the spectral sequence of the emission lines and/or emission bands of the selected phosphors and/or phosphor combinations, which can usually be characterized by the wavelengths of the emission maxima ( ⁇ max values), the intensity ratios between the selected emission lines and/or bands and, if applicable, also by the half-widths of these emissions.
  • the CIE standard color system (also called CIE standard color system) is a three-dimensional colorimetric system that was defined by the Commission internationale de l'éclairage (CIE) in 1931 and enables the description of colors and self-luminosities using the standard color values X, Y and Z. These are obtained by linear, additive evaluation of the respective emission spectrum with one of the three standard spectral value functions. x ( ⁇ ), y ( ⁇ ) and z ( ⁇ )
  • CIE standard color system and “CIE standard color system” are used equivalently in the present invention.
  • the CIE color coordinates x, y and z indicate the ratios of the standard color values X, Y and Z to their sum.
  • the representation of the color coordinates x and y results in the two-dimensional standard color chart, which then no longer contains the brightness information. Due to the physiology of the human eye, different spectral distributions can lead to identical color coordinates.
  • the CIE standard valence system is based on the definition of an ideal standard observer whose spectral value functions correspond to the standard spectral value functions x ( ⁇ ), y ( ⁇ ) and z ( ⁇ ). Colors and self-luminous materials (e.g. phosphors) that have the same color coordinates are called color-identical.
  • the color sensation and color perception of an individual observer may differ from those of the defined normal observer.
  • the ability to distinguish colors characterizes the extent to which individual observers perceive color differences.
  • MacAdam ellipses describe tolerance ranges in the standard value table, which are characterized by the fact that the color differences of different colors based on different x, y coordinates are not perceived by individual observers under defined viewing conditions and with a certain probability.
  • a tolerance for the color differences can therefore be set for the perceived color similarity. which can be color value dependent.
  • the acceptable color differences of the objectively measured color coordinates which are still considered to be the same color or different color by individual observers, can thus be predetermined.
  • the terms “differently colored” or “differently colored” in the present invention are understood to mean that the corresponding luminescent security features have such different color coordinates in a CIE standard color system that they evoke distinguishable color impressions in individual observers.
  • One aspect of the invention relates to a coding system according to independent claim 1.
  • the coding system serves to form a security feature in or on one or more security or value documents, with at least two individual luminescent materials and at least three luminescent material combinations formed with the at least two individual luminescent materials, wherein the at least three luminescent material combinations are applied or attached in the form of at least three luminescent security elements for the security feature in or on the one or more security or value documents, and the at least three luminescent material combinations can each be excited in the non-visible spectral range, in particular in the ultraviolet or infrared spectral range, and emit in the visible spectral range after excitation, wherein each of the at least three luminescent material combinations is an emission spectrum is characterized by a plurality of individual emission lines and/or emission bands, and wherein each of the at least three luminescent material combinations has an identical spectral sequence of the emission lines and/or emission bands, wherein the intensity ratios of the emission lines and/or emission bands are different, each of the at least three luminescent security elements is assigned a uniform spectral code
  • the above-described object is achieved in that the individual phosphors used to form the spectrally identical codes, which can be excited in the ultraviolet spectral range (in particular at wavelengths between 380 and 315 nm (UV-A), 315 and 280 nm (UV-B) and between 280 and 200 nm (UV-C)) or in the infrared spectral range (IR, for example at wavelengths between 950 and 980 nm) and which emit in the visible range, are combined to form phosphor combinations by varying the mixing ratios in such a way that the color impressions of the various phosphor combinations or the corresponding security elements of a security feature caused by a predetermined optical excitation, for example with a specific UV radiation source, are perceived by the human eye as being of different colors.
  • UV-A ultraviolet spectral range
  • UV-B 315 and 280 nm
  • UV-C infrared spectral range
  • IR infrared spectral range
  • the security elements of a security feature which are perceived as different colours in terms of their luminescence, can be used in different security or Valuable documents (e.g. banknotes, ID cards, passports, driving licenses, etc.) or in product protection. Markings that appear in different colors but have identical spectral codes can be used, for example, for the purpose of coding the nominal value of different currency denominations. On the other hand, it is also possible to integrate the markings that are perceived as different colors several times as security features in the same, similar or different designs of one and the same security or valuable document.
  • Valuable documents e.g. banknotes, ID cards, passports, driving licenses, etc.
  • Markings that appear in different colors but have identical spectral codes can be used, for example, for the purpose of coding the nominal value of different currency denominations.
  • security elements that luminesce in different colors and have spectrally identical luminescence codes can be produced by combining individual phosphors with emission lines and/or emission bands that are close together or further apart.
  • the spectral distance between the individual emission lines and/or emission bands is crucial for the effort required for reliable spectrometric verification of the spectrally identical luminescence codes, while the desired different color impressions of the emitted luminescence of the individual security elements are set via the mixing ratios of the individual phosphors selected to provide the phosphor combinations and the resulting different intensity ratios of the characteristic emission lines and/or emission bands.
  • luminescent materials for the coding system include, for example, the highest possible luminescence yield, sufficiently high stability and resistance to aging against environmental influences, as well as a grain size distribution of the luminescent pigments adapted to the selected printing and application processes. These properties are also important for the way in which the security elements are applied on or in the respective security and valuable documents, as well as for Secure verifiability over the entire life or service life of the security or value document is of great importance.
  • the security elements for example in the form of markings, can be applied using conventional printing technologies (gravure printing, flexographic printing, offset printing or screen printing processes, etc.) or using other types of coating processes, whereby the materials to be coated can consist of paper, various plastics or other organic or inorganic substances. It can also be provided that the luminescent combinations forming the security elements are mixed with certain plastics, whereby the plastics are then incorporated into the security or valuable document.
  • spectral luminescence codes that emit different colors with identical spectral luminescence codes
  • numerous individual luminescent materials are available for both UV and IR excitation. These can be combined to form luminescent material combinations according to the invention, resulting in highly complex emission spectra.
  • the spectral luminescence codes that can be derived from these spectra and are identical for all security elements of the security feature have a level 3 security level and can only be determined with the help of powerful and possibly very complex luminescence measurement technology and with special or secret knowledge about which of the diverse and different emission lines and/or emission bands are used for evaluation.
  • borates e.g. LaBOs, SrB 6 O 10 , CaYBO 4 , SrB 4 O 7 , YAI 3 B 4 O 12 , SrB 8 O 13 , Ca 2 B 5 O 9 Br
  • nitrides e.g. CaAlSiN 3 , Sr 2 Si 5 N 8 , MgSiN 2 , GaN
  • oxynitrides e.g. SrSi 2 N 2 O 2 , ⁇ -SiAlON, ⁇ -SiAION
  • oxides e.g.
  • YPO 4 Ca 2 P 2 O 7 , MgBaP 2 O 7 , Ca 3 (PO 4 ) 2 , MgBa 2 (PO 4 ) 2 ), halophosphates (e.g. Ca 5 (PO 4 ) 3 Cl, Sr 5 (PO 4 ) 3 Cl), sulfides (e.g. ZnS, CaS, SrS, BaS, SrGa 2 S 4 , ZnGa 2 S 4 , ZnBa 2 S 3 ), oxysulfides (e.g. Y 2 O 2 S, La 2 O 2 S, Gd 2 O 2 S, Lu 2 O 2 S), sulfates (e.g.
  • Mg 2 Ca(SO 4 ) 3 gallates (e.g. Y 3 Ga 5 O 12 , CaGa 2 O 4 , Gd 3 Ga 5 O 12 ), vanadates (e.g. YVO 4 ), Molybdates and tungstates (e.g. CaMoO 4 , Sr 3 WO 6 , La 2 W 3 O 12 , Tb 2 Mo 3 O 12 , Li 3 Ba 2 La 3 (MoO 4 ) 8 ), or inorganic substance classes such as borides, carbides, scandates, titanates, germanates and yttrates. This list does not represent a restriction; other material classes or individual compounds can also be included in the selection of inorganic solid-state compounds suitable as phosphor base lattices.
  • gallates e.g. Y 3 Ga 5 O 12 , CaGa 2 O 4 , Gd 3 Ga 5 O 12
  • vanadates e.g. YVO 4
  • the activation of the selected basic lattices is achieved by the targeted incorporation of one or more foreign ions into the respective phosphor matrix, whereby in the case of phosphors that can be excited in the ultraviolet spectral range and emit in the visible, rare earth ions and/or ions of transition metals are used for doping or co-doping.
  • These activator ions and any additionally introduced co-activator ions form the radiation centers in the respective basic lattices and, in interaction with them, determine the luminescence properties of the inorganic phosphors.
  • the conversion of infrared excitation radiation into visible light with the help of phosphors is called anti-Stokes luminescence or up-conversion. It is only possible by providing phosphor materials that are able to transform the stimulating IR radiation into the visible spectral range through multi-stage excitation processes.
  • the basic lattices available for such inorganic phosphors which can be used according to the invention are primarily oxidic compounds (e.g. Y 2 O 3 , ZrO 2 , La 2 MoO 6 , LaNbO 4 , LiYSiO 4 ), oxyhalides (e.g. YOCl, LaOCl, LaOBr, YOF, LaOF), oxysulfides (e.g.
  • Y 2 O 2 S La 2 O 2 S, Gd 2 O 2 S, Lu 2 O 2 S
  • fluorides e.g. YF 3 , LaF 3 , LiYF 4 , NaYF 4 , NaLaF 4 , BaYFs.
  • the rare earth ion combinations Yb 3+ -Er 3+ , Yb 3+ -Tm 3+ and Yb 3+ -Ho 3+ are mostly used as radiation centers in the anti-Stokes phosphors.
  • the invention also includes Organic individual phosphors that can be excited in the UV or IR spectral range and emit in the visible, such as different rare earth-activated organic complex compounds, can also be used to produce phosphor combinations that emit different colors and have spectrally identical luminescence codes. These can be combined with selected inorganic luminescence pigments if necessary.
  • photoluminescent inorganic or organic nanoscale phosphors or appropriately configured quantum dots are also suitable as components for providing the required phosphor combinations.
  • the individual phosphors selected for the respective application of the coding system are modified by targeted changes in the chemical composition of the respective host (basic) lattice, i.e. by targeted substitutions in the cation and/or anion partial lattice, so that the emission spectra of these exclusive phosphors differ significantly from those of the luminophores used in conventional technical applications or from those that have been described in detail in the specialist literature.
  • the preferential use of such phosphors with exclusive emission spectra can further increase the forgery security of the valuable or security documents equipped with the coding system.
  • the coding system according to the invention offers a variety of embodiments for different security levels and application possibilities. Different colored emitting markings with uniform spectral luminescence codes can be provided, the authenticity of which can be checked with simple hand sensors, but also those for which high-resolution spectrometers are required for the secure verification of the codes. The range of verification options extends from forensic testing in a special laboratory to high-speed detection of machine-readable codes.
  • a preferred embodiment of the invention comprises a coding system in which at least one further individual phosphor is provided for forming further phosphor combinations and forming further luminescent security elements with the same code.
  • An advantageous embodiment of the invention comprises a coding system in which the color coordinates of the luminescent security elements are set via a mixing ratio of the individual phosphors for the phosphor combinations.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention comprises a coding system in which at least one of the individual phosphors comprises an organic phosphor, in particular a rare earth-activated organic complex compound.
  • An advantageous embodiment of the invention comprises a coding system in which at least one of the individual phosphors comprises an inorganic phosphor.
  • An advantageous embodiment of the invention comprises a coding system in which both inorganic and organic individual phosphors of different grain sizes, in particular nanoscale phosphors and/or quantum dots, as well as corresponding phosphor combinations are used.
  • An advantageous embodiment of the invention comprises a coding system in which the individual phosphors are modified by targeted substitutions in the phosphor lattice so that they have an exclusive emission spectrum.
  • An advantageous embodiment of the invention comprises a coding system in which the individual phosphors and/or phosphor mixtures can be excited in one or more ultraviolet wavelength ranges, namely at wavelengths between 380 nm and 315 nm (UV-A) and/or at wavelengths between 315 nm and 280 nm (UV-B) and/or at wavelengths between 280 nm and 200 nm (UV-C).
  • UV-A 380 nm and 315 nm
  • UV-B 315 nm and 280 nm
  • UV-C UV-C
  • An advantageous embodiment of the invention comprises a coding system in which the luminescent security elements of the security feature are perceived as different colors, in particular as equally different colors, under at least two excitation conditions that can be set in the ultraviolet spectral range, i.e. in the UV-A and/or in the UV-B and/or in the UV-C spectral range.
  • An advantageous embodiment of the invention relates to a coding system in which the luminescent security elements of the security feature have different color coordinates in a CIE standard color system for each of the predetermined excitations in the UV-A, UV-B or UV-C spectral range, so that the luminescent security elements evoke different color impressions, in particular equally different color impressions, in the viewer.
  • a further possible embodiment of the invention relates to a coding system in which the individual phosphors and/or phosphor mixtures can be excited in the infrared wavelength range, namely at wavelengths between 950 nm and 980 nm.
  • a further possible embodiment of the invention relates to a coding system in which the maxima of the individually distinguished emission lines and/or emission bands of the individual phosphors and/or phosphor combinations are only a few nanometers apart from one another, in particular have a distance of less than 10 nm, particularly preferably less than 5 nm, even more particularly less than 3 nm.
  • a further possible embodiment of the invention relates to a coding system in which the individual phosphors and/or phosphor combinations have a substantially equal or similar aging resistance.
  • the possibilities for generating counterfeit-proof luminescence codes can be further increased.
  • the individual luminescent materials used in practice for example modified rare earth activated luminophores, usually have several emission lines and/or emission bands as individual components and thus often have complex emission spectra. This also increases the number of possible code assignments at the high Level 3 security level.
  • Another possible idea of the invention relates to a method for producing a security feature of a coding system for use in security or valuable documents as well as in product protection.
  • a first step decisions must be made about the excitation conditions for the inventive luminescence feature, about the desired different color impressions of the security elements emitting in different colors and about the extent of the complexity of the spectral luminescence codes, which are identical for all security elements of the security feature. These decisions depend on the type and use of the valuable and security documents to be protected or the products to be protected, the permitted effort for the verification of the luminescence codes and the design specifications for the feature.
  • a further step concerns the selection of the individual phosphors required for the production of the required security elements.
  • the selection can be made on the basis of the measured emission spectra of the phosphors to be evaluated, preferably with exclusive emission characteristics. Knowledge of the emission spectra facilitates the necessary decisions on the code assignment to be made.
  • the CIE color coordinates of the individual phosphors which can be calculated from the emission spectra, provide information on which mixing ratios must be used in order to be able to realize the desired different color impression or color impressions of the phosphor combinations emitting different colors.
  • the next step is aimed at the experimental verification, if necessary, and the determination of the mixing ratios of the security elements emitting in different colors for the security feature.
  • the mixing ratios valid under application conditions for the provision of the luminescent combination on the basis of the colorimetric calculations carried out.
  • experimental testing is necessary in order to take into account interactions between the individual phosphors used as well as other influencing factors based on the independent and different optical properties (self-emission, absorption and reflection behaviour) of the other organic and inorganic components (binders, additives) of the colour compositions used for the application of the security feature as well as the optical effects of the carrier materials used.
  • the provided combinations of phosphors emitting different colors are applied to or inserted into the carrier materials of the respective security or valuable documents.
  • This process step can be carried out using the usual printing processes (gravure printing, flexographic printing, offset printing or screen printing processes, etc.) or using other coating technologies.
  • a final step in the process for producing a security feature is reserved for the final code assignment.
  • the code-forming emission maxima ( ⁇ max values) of the individually marked, preferably exclusive emission lines and/or emission bands required and suitable for authenticity verification are selected and assigned to a character set, for example a sequence of numbers or letters.
  • an embodiment of the invention relates to a method for reading the luminescence codes and verifying the authenticity of the security elements, for example in the form of markings, of a security feature of the coding system according to the invention.
  • This method comprises: exciting the phosphor combinations forming the security elements with a predetermined invisible excitation radiation, which is generated in particular by suitable UV or IR radiation sources, detecting the electromagnetic spectra of these phosphor combinations emitting in different colors in a predetermined visible spectral range with the aid of suitable optical spectrometers, and evaluating the measurement results and the final authenticity assessment, whereby the presence of the stored code-relevant emission characteristics is checked and compared with the stored code information.
  • the technical effort required for the secure verification of the luminescence code which is equally characteristic for all security elements of the coding system according to the invention that emit different colors, depends on various factors. These include the width of the spectral range to be detected in the visible and the extent of the complexity of the luminescence codes generated on the basis of the individual, preferably exclusive, emission spectra of the phosphor combinations used, whereby in particular small spectral distances between the maxima of the characteristic emission lines and/or emission bands relevant for code formation require the use of powerful optical spectrometers with a high spectral resolution.
  • Another possible idea of the invention also relates to the requirements for detection speed resulting from the practical application of the security features according to the invention in valuable and security documents or in product protection.
  • Extensive investigations have shown that machine-readable level 3 security features can be put together on the basis of the invention, the luminescence codes of which can be reliably verified both at the detection speeds usual in cash machines (ATM, cash management system) and at the detection speeds usual in the sorting machines of central banks.
  • the advantage of the invention lies in the great scope for the specific design of the security elements belonging to an inventive security feature, which is opened up by the diverse combination possibilities of the different individual luminescent materials.
  • it can be decided exactly how small the spectral distance of, for example, at least two individually marked emission lines should be with a view to the highest level of security against forgery and how small it can be in view of the verification circumstances, for example under the conditions of high-speed detection.
  • the maxima of at least two of the individually marked, preferably exclusive emission lines of the security feature are located only a few nanometers apart from each other in the electromagnetic spectrum, preferably having a distance of less than 10 nm, particularly preferably a distance of less than 5 nm and, most preferably, a distance of less than 3 nm.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is that the color differences perceived by the observer in the case of a given optical stimulus between the security elements luminescent in different colors (which can also be expressed as color shift or color tuning) combined to form security features are perceived by the human eye as comparable or identical at least in the case of a further optical stimulus that is fundamentally different from the first.
  • the ultraviolet spectral range is divided in the literature and in technical applications into the UV-A (380-315 nm), UV-B (315-280 nm) and UV-C radiation range (280-100 nm), with different radiation sources being available for each of the defined types of radiation.
  • the color impressions and the color differences of the security elements emitting in different colors selected for the formation of a security feature of the coding system are identified by the observer as comparable, i.e. equally different colored, under all excitation conditions that can be set in the ultraviolet spectral range, i.e. both when excited with UV-A, UV-B or UV-C radiation sources.
  • the coding system forms further information about an arrangement and/or a contour of the security elements on or in the security or value document.
  • Such an arrangement can, for example, be a specific position on the security or value document.
  • the security element itself can also have a specific contour, for example the shape of a character, a symbol, a number or a pictogram.
  • Tab. 1 the luminescence-specific data of two selected model phosphors as presented in the Fig. 2 are described
  • Tab. 2 which are used to train the Fig. 3b to 3e described exemplary luminescent security elements required mixing ratios for the selected two model phosphors, as well as the color coordinates of the exemplary phosphor combinations
  • Tab. 3 the luminescence-specific data of another five selected model phosphors, whose characteristic color coordinates in the Fig. 4a are shown
  • Table 4 the mixing ratios for these phosphors, which are used to create a total of eight in the Fig.
  • Table 5 the luminescence-specific data of another five selected model phosphors, whose characteristic color coordinates in the Fig. 5a are shown
  • Table 6 the mixing ratios for these phosphors, on the basis of which the Fig. 5c to 5j described exemplary security elements according to the invention can be configured, as well as the color coordinates of the individual phosphor combinations, as they are also in the Fig.
  • Table 7 the colour coordinates and emission maxima of three real phosphors selected as examples for the production of luminescent security elements according to the invention
  • Table 8 the required mixing ratios for the provision of the Fig. 7c to 7j describe exemplary combinations of these real individual phosphors based on their emission spectra as well as the colour coordinates calculated for these emission spectra.
  • the Fig. 1 shows a schematic representation of the CIE standard color chart of the CIE standard color system.
  • the CIE standard color system was developed to establish a relationship between human color perception and the physical causes of the color stimulus and is based on the definition of an ideal standard observer. Every perceptible color tone, and therefore every emission spectrum of any light source, is assigned a specific position in the CIE standard color chart, i.e. an x, y color coordinate.
  • the color locations of the so-called pure spectral colors are positioned on this edge, which in the case of self-luminous substances, i.e.
  • a first exemplary embodiment of the invention is shown in the figures Fig. 2a to 2c in connection with the figures Fig. 3a to 3e and the table Tab. 1.
  • This first and simple example of the inventive idea is based on the assumption that only two individual luminescent materials are selected to generate the different colored luminescent security elements with identical spectral codes. These two individual luminescent materials 1 and 2 are model luminescent materials, each with an individually distinguished emission line (cf. Fig. 2b and 2c ).
  • Tab. 1 shows the corresponding data, in particular the emission maxima at ⁇ max of 460 and 630 nm and the half-widths of the emission lines, each set at 10 nm, as well as the corresponding color coordinates (see also Fig. 2a , ⁇ symbol).
  • Fig. 2a also shows a CIE standard chromaticity diagram with the color coordinates 10 and 20, marked by a uniform triangular symbol ( ⁇ ), which are characteristic of these model phosphors.
  • Fig. 3 The emission spectra M-1 to M-4 of four exemplary security elements emitting different colours are compiled, which were obtained by combining the selected individual phosphors 1 and 2.
  • the Fig. 3a The circular symbols (o) shown show the assigned color coordinates M-10 to M-40 of these security elements.
  • the mixing ratios used as well as the numerical values of the color coordinates of the phosphor combinations are listed in Table 2.
  • Tab. 2 Mixing ratio/ substance proportion in % color coordinates Single phosphor 1 (MSL 1) Single phosphor 2 (MSL 2) x y Mixture M-1 65 35 0.255 0.082 Mixture M-2 40 60 0.373 0.138 Mixture M-3 23 77 0.484 0.190 mixture M-4 10 90 0.597 0.242
  • the colour coordinates M10 to M40 of the created exemplary phosphor mixtures M-1, M-2, M-3 and M-4 lie on a straight line in the CIE standard chromaticity diagram that connects the colour coordinates 10 and 20 of the selected individual model phosphors 1 and 2.
  • This connecting line lies above the Fig. 1
  • the example phosphor mixtures have emission colors that change from blue-violet to purple and increasingly red spectral range.
  • this colour change or colour shift is associated with the changing colour temperatures resulting from the use of different mixing ratios. Intensity relations between the two individual emission lines of the two model phosphors used to create the exemplary phosphor mixtures.
  • Fig. 3b to 3e that all four exemplary luminescent material combinations, characterized by different emission colors, in the sense of the invention have an identical spectral luminescence code according to the spectral sequence of the individual emission lines that can be used to form the code.
  • this code would consist of only two emission lines, and two that are spectrally relatively far apart. Such a code would be relatively easy to verify, but could also be relatively easy to reproduce.
  • the Fig. 3b to 3e show that the different intensity ratios of the characteristic emission lines of the different colored phosphor combinations used in the form of security elements can also be understood and applied as a code-forming feature.
  • the individual luminescent security elements would then also be identified by different, individual "intensity codes”.
  • the number of different coloured phosphor combinations with a spectrally uniform luminescence code that can be generated on the basis of the two selected individual phosphors is of course not limited to four.
  • Fig. 2a and 3a Numerous other phosphor combinations with slightly different color coordinates could be placed on the color coordinates 10 and 20 of the two individual phosphors 1 and 2 shown. In this way, an almost continuous color shift could be generated with regard to the emission colors of the corresponding security elements, for which the terms color tuning or color tuning could also be used.
  • Fig. 4 and the associated Tables 3 and 4 illustrate a further example of the creation of a coding system according to the invention on the basis of five individual model phosphors, which also have singular emissions and color coordinates, which in turn lie on a straight line in the CIE standard color diagram.
  • the data characteristic of the luminescence of the selected model phosphors are compiled in Table 3.
  • the maxima of the emission wavelengths of these fictitious phosphors vary from 545 to 630 nm, and the half-widths were also set at 10 nm for this embodiment.
  • the numerical values of the x- and y- colour coordinates of the five selected individual phosphors can also be found in Table 3, on the other hand they can be calculated using the uniform ⁇ symbols with the designations 10', 20', 30', 40', and 50' in the CIE standard chromaticity diagram of the Fig. 4a shown.
  • the color coordinates of the individual phosphors do not necessarily have to be placed on a straight line in the CIE standard color chart; the number of components that can be used and the spectral characteristics that they should have depend, for example, on the planned application conditions of the luminescent security elements equipped with identical spectral codes and on the approved use for the secure proof of authenticity of the security and valuable documents equipped with these security elements.
  • the decisions that have to be made in this context include the extent of the complexity of the spectrally identical luminescence code characteristic of all security elements of the respective security feature, as well as those regarding the color range and the desired color differences in which and with which the security elements luminescent in different colors in the visible spectral range are to be perceived by the observer.
  • the complexity of the spectrally identical luminescence codes according to the invention can be further increased by including additional individual luminescent materials with singular emission lines or emission bands in the creation of the luminescent material combinations emitting in different colors or by using individual luminescent materials with multiple emission lines or emission bands.
  • the different intensity ratios of the characteristic emission lines or emission bands of the individual differently colored luminescent security elements of a corresponding security feature can also be used as an additional criterion for verifying the authenticity of the security and valuable documents equipped with them.
  • An important prerequisite for the reliable verification of the spectrally identical luminescence codes of the security elements emitting in different colors according to the invention is that all emission lines or emission bands included in the code assignment have at least such high luminescence intensities that they can be reliably detected under the conditions of the verification method used.
  • there are increased requirements for the minimum intensities of the emission signals selected for the code formation In the embodiments described so far, this requirement was taken into account in that a minimum intensity of 10% of the maximum intensities of the individual model phosphors included in the simulation calculations, set at a value of 100 relative units, was specified for all characteristic emission lines or emission bands of the simulated luminescent phosphor combinations in different colors.
  • the colour coordinates of the emission spectra calculated for the selected phosphor combinations of the last described embodiment show an interesting progression. As can be seen from the Fig. 5b As can be seen, they are arranged in an arc around the white light region of the standard chromaticity diagram, so that the corresponding emission colors change from blue through blue-green, green, yellow-green and yellow to the orange region and thus cover practically the entire rainbow palette.
  • a final example to explain the invention describes the configuration of security elements emitting different colors with spectrally identical luminescence codes based on the use of real luminescent materials.
  • the three real individual luminescent materials selected for this purpose are Tb 3+ -, Dy 3+ - and Eu 3+ -activated inorganic luminophores with oxysulfidic or vanadate basic lattices.
  • the emission spectra 1′′′, 2′′′ and 3′′′ of these three luminescent materials measured at a given excitation in the UV-B range (313 nm excitation source) are shown in the Fig. 6 a to Fig. 6c
  • the emission maxima and the numerical data of the color coordinates of the phosphors are shown in Table 7, which Fig.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Codierungssystem zum Ausbilden eines Sicherheitsmerkmals in oder an einem oder mehreren Sicherheits- oder Wertdokumenten. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Sicherheitsmerkmal, welches in Form von mehreren Sicherheitselementen ausgebildet ist sowie ein Sicherheits- oder Wertdokument umfassend ein erfindungsgemäßes Sicherheitsmerkmal.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Lumineszierende organische und/oder anorganische Materialien werden seit langem in vielfältiger Art und Weise als Sicherheitsmerkmale in Sicherheits- und Wertdokumenten, wie beispielsweise Banknoten, Reisepässen, Personalausweisen, Führerscheinen usw., aber auch im Produktschutz, angewendet.
  • Aus der GB 1 143 362 A und der GB 1 186 251 A ist es bekannt, Kombinationen von schmalbandigen, im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich emittierenden anorganischen und/oder organischen seltenerdaktivierten Leuchtstoffen in Sicherheits- oder Wertdokumenten einzusetzen, um mit ihrer Hilfe Lumineszenzcodes zu erzeugen. Zugunsten eines sicheren Wiedererkennens der Codes wurden dabei in den aufgeführten Druckschriften Leuchtstoffe ausgewählt, die durch vergleichsweise große spektrale Abstände zwischen den einzelnen Emissionslinien gekennzeichnet sind.
  • Auch aus der DE 103 46 685 A1 ist bekannt, dass der spektrale Abstand zwischen den einzelnen Emissionslinien der für die Realisierung eines Codierungssystems verwendeten Leuchtstoffe zumindest 10 nm betragen sollte. Als ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem bis dahin bekannten Stand der Technik wird in der zuletzt aufgeführten Druckschrift die Verwendung von ausschließlich außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches emittierenden Leuchtstoffpigmenten angesehen.
  • Das Dokument WO 2012/003854 A1 beschreibt ein Sicherheitsmerkmal, welches Lumineszenzpigmente verwendet, die aus einem mit einem Luminophor dotierten Wirtsgitter bestehen und die nach optischer Anregung ein charakteristisches Lumineszenzspektrum mit mehreren Lumineszenzpeaks aufweisen. Dabei werden die Intensitätsverhältnisse dieser Lumineszenzpeaks durch Festlegung der Stoffmengenanteils des Luminophors so eingestellt, dass die Lumineszenzspektren schwierig nachzuahmen sind.
  • Das Dokument WO 2017/080654 A1 betrifft ein Pigmentsystem unterschiedlicher Kapsel-Lumineszenzpigmente, die unterschiedliche Emissionsspektren und unterschiedliche Farbeindrücke der Lumineszenz-Emissionen aufweisen und die im Wesentlichen die gleichen chemischen Stabilitäten besitzen sollen.
  • Aus dem Dokument US 2009/141961 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen und zur sicheren Authentifizieren der Emissionsspektren lumineszierender Sicherheitsmerkmale unter Zuhilfenahme multivariabler statistischer Methoden bekannt.
  • Das Dokument EP 1 647 947 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überprüfen von Lumineszenz Sicherheitsmerkmalen, wobei die nach erfolgter Anregung gemessenen Antwortsignale überlappende Spektralbänder aufweisen.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Sowohl im Bereich des Sicherheits- und Wertdrucks als auch im Produktschutzs gibt es ein zunehmendes Interesse an der Anwendung von "Public Security Features" (Level-1-Merkmalen, welche ohne zusätzliche Vorrichtungen vom Menschen durch Sehen und Erfühlen überprüfbar sind) und an der Verwendung von auf optischen Effekten beruhenden Level-2-Merkmalen, die auf Grund der zunehmenden allgemeinen Verfügbarkeit von einfachen Handgeräten zur optischen Anregung (beispielsweise in Form von einfach zu bedienenden UV- oder Infrarot LEDs) immer mehr auch von "Normalbürgern" als Sicherheitsmerkmale wahrgenommen und bewertet werden können.
  • Einige der zu dieser Merkmalsklasse gehörenden lumineszierenden Sicherheitselemente finden sich bereits in zahllosen Sicherheits- und Wertdokumenten wieder (Reisepässe, Ausweise, Theaterkarten), wobei es derartigen "Quasi-Level-1"-Merkmalen aber häufig an einer erforderlichen Fälschungssicherheit mangelt.
  • Es ist deshalb wünschenswert, in entsprechenden Sicherheits- und Wertdokumenten exklusive lumineszierende Sicherheitsmerkmale einzusetzen, welche mit einfachen Hilfsmitteln sichtbar gemacht werden können, gleichzeitig aber über den optischen Eindruck hinausgehende, weiterreichende Informationen beinhalten würden.
  • Insbesondere wäre es wünschenswert, wenn diese lumineszierenden Sicherheitsmerkmale zusätzlich zu ihrer Level-2-Funktionalität auch eine Level-3-Sicherheitscharakteristik aufweisen, die in der Bereitstellung maschinell auslesbarer Codes bestehen könnte. Derartige Codes könnten zur Verifizierung der Echtheit, zur Nominalwertcodierung oder auch zur Sortierung, beispielsweise von unterschiedlichen Banknotendenominationen oder Wertprodukten genutzt werden.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zu Grunde, ein Codierungssystem zum Ausbilden eines Sicherheitsmerkmals in oder an einem oder mehreren Sicherheits- oder Wertdokumenten und damit ein System zum Ausbilden von Sicherheitsmerkmalen in Form von Sicherheitselementen bereitzustellen, bei denen mit Hilfe einfacher Anregungsquellen eine Sichtbarmachung der Sicherheitsmerkmale möglich ist und gleichzeitig eine möglichst hohe Fälschungssicherheit garantiert wird.
  • Die voranstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Codierungssystem gemäß Anspruch 1, ein Sicherheitsmerkmal gemäß Anspruch 14 und ein Sicherheits- oder Wertdokument gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
    • Definitionen
  • Lumineszenz ist die von einem physikalischen System beim Übergang von einem angeregten Zustand in den Grundzustand emittierte elektromagnetische Strahlung. Je nach Anregungsbedingungen und dem spektralen Bereich der emittierten elektromagnetischen Strahlung werden verschiedene Lumineszenzarten unterschieden (beispielsweise Photolumineszenz, Kathodolumineszenz, Röntgenlumineszenz, Elektrolumineszenz etc.).
  • Photolumineszenz bezeichnet hier diejenige Lumineszenzart, bei der die Anregung mit der Hilfe von UV-Strahlung erfolgt und die resultierende Lumineszenzstrahlung im sichtbaren Spektralbereich (mit Wellenlängen von ca. 380 nm bis 780 nm) emittiert wird.
  • Anti-Stokes-Lumineszenz (Up-Conversion) ist ein Spezialfall der Lumineszenz, wobei nach mehrstufiger IR-induzierter Anregung ebenfalls eine Emission im sichtbaren Spektralbereich erfolgt.
  • Leuchtstoffe sind organische oder anorganische chemische Verbindungen, die bei Anregung mit elektromagnetischer oder Teilchenstrahlung oder nach Anregung mittels elektrischer Felder Lumineszenzerscheinungen zeigen. Um dies zu ermöglichen, werden in die von den chemischen Verbindungen gebildeten Leuchtstoffgrundgitter (Leuchtstoffmatrizen), als Strahlungszentren wirkende Aktivator- und gegebenenfalls zusätzlich Coaktivatorionen eingebaut. Häufig liegen diese Leuchtstoffe als Festkörper, insbesondere in Form von Lumineszenzpigmenten, vor.
  • Ein Emissionsspektrum beschreibt die spektrale Verteilung der von den Leuchtstoffen emittierten elektromagnetischen Strahlung bzw. des von ihnen emittierten Lichtes. Ein solches Emissionsspektrum kann aus Emissionslinien und/oder Emissionsbanden bestehen.
  • Bei verschiedenen technischen Anwendungen von Leuchtstoffen (beispielsweise für die Herstellung von Leuchtstofflampen oder weiß emittierenden LED) hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass die für die Realisierung der jeweiligen Fragestellung erforderlichen Emissionsspektren durch eine gezielte Kombination von Einzelleuchtstoffen eingestellt werden können, die auf der Mischung diese Einzelleuchtstoffe beruht. In diesem Zusammenhang wird oft der Begriff "Leuchtstoffkombination" verwendet. Leuchtstoffkombination(en) umfasst dabei auch das Verständnis, dass die unter den jeweiligen Anregungsbedingungen auftretenden Wechselwirkungen zwischen den in die jeweilige "Leuchtstoffmischung" der verwendeten Einzelleuchtstoffen bei ihrer Kombination berücksichtigt werden. Die Begriffe Leuchtstoffkombination und Leuchtstoffmischung werden in der vorliegenden Anmeldung als im Wesentlichen gleichwertig verstanden.
  • Ein Code ist im Allgemeinen eine Abbildungsvorschrift für die Zuordnung von Zeichen, Symbolen oder messbaren Eigenschaften zu einem Zeichenvorrat. Im Falle von Lumineszenzcodes ergeben sich die zuzuordnenden Messdaten aus der spektralen Abfolge der Emissionslinien und/oder Emissionsbanden der ausgewählten Leuchtstoffe und/oder Leuchtstoffkombinationen, die in der Regel durch die Wellenlängen der Emissionsmaxima (λmax Werte), die Intensitätsverhältnisse zwischen den ausgewählten Emissionslinien und/oder -banden und ggf. auch durch die Halbwertbreiten dieser Emissionen charakterisiert werden können.
  • Das CIE-Normvalenzsystem (auch CIE-Normfarbsystem genannt) ist ein dreidimensionales farbmetrisches System, das von der Commission internationale de l'éclairage (CIE) 1931 definiert wurde und die Beschreibung von Farben und Selbstleuchtern durch die Normfarbwerte X, Y und Z ermöglicht. Diese ergeben sich durch lineare, additive Bewertung des jeweiligen Emissionsspektrums mit je einer der drei Normspektralwertfunktionen x (λ), y (λ) und z (λ)
  • Die Begriffe "ClE-Normvalenzsystem" und "CIE-Normfarbsystem" werden in der vorliegenden Erfindung äquivalent zueinander benutzt.
  • Die CIE-Farbkoordinaten x, y und z bezeichnen die Verhältnisse der Normfarbwerte X, Y und Z zu ihrer Summe. Die Darstellung der Farbkoordinaten x und y ergibt die zweidimensionale Normfarbtafel, die dann die Helligkeitsinformation nicht mehr enthält. Aufgrund der Physiologie des menschlichen Auges können verschiedene Spektralverteilungen zu identischen Farbkoordinaten führen.
  • Das CIE-Normalvalenzsystem beruht auf der Definition eines idealen Normalbeobachters, dessen Spektralwertfunktionen den Normspektralwertfunktionen x (λ), y (λ) und z (λ) entsprechen. Farben und selbstleuchtende Materialien (beispielsweise Leuchtstoffe), die gleiche Farbkoordinaten aufweisen, werden als farbidentisch bezeichnet.
  • Farbempfindung und Farbwahrnehmung eines individuellen Beobachters können von denen des definierten Normalbeobachters abweichen.
  • Das Farbunterscheidungsvermögen kennzeichnet das Ausmaß der Wahrnehmung von Farbunterschieden durch individuelle Betrachter. So beschreiben beispielsweise die sogenannten MacAdam-Ellipsen Toleranzbereiche in der Normwerttafel, die dadurch ausgezeichnet sind, dass die auf unterschiedlichen x, y-Koordinaten beruhenden Farbdifferenzen verschiedener Farben unter definierten Sehbedingungen und mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit von individuellen Beobachtern nicht wahrgenommen werden. Es kann somit für die empfundene Farbgleichheit eine Toleranz für die Farbdifferenzen vorgegeben werden, die farbwertabhängig sein kann.
  • Maximal zulässige Farbdifferenzen im Sinne der wahrgenommenen Farbgleichheit aber auch unterschiedlichen Farbeindrücke können durch Befragungen von Testpersonen ermittelt werden. Derartige Untersuchungen werden als psychometrische Messungen bezeichnet, bei denen die Wahrscheinlichkeit für die Wahrnehmung eines Farbunterschiedes bestimmt wird. Als farbgleich gelten zwei Farbproben, wenn Sie von einem genügend großen Beobachterkollektiv unter den vorgegebenen Anregungsbedingungen mit einer festgelegten Wahrscheinlichkeit als nicht unterscheidbar bewertet werden. Messverfahren hierzu sind beispielsweise bei BACKHAUS, W. G. K. KLIEGL, R. WERNER, J. S.: Color Vision. Perspectives from different Disciplines. Kap. 2.3. "Psychophysics of Color Vision" sowie IRTEL, H.: "Methoden der Psychophysik". und in ERDFELDER, E.: Handbuch quantitative Methoden (S. 479-489), Physiologie Verlags Union Weinheim 1996, beschrieben.
  • Die akzeptierbaren Farbdifferenzen der objektiv gemessenen Farbkoordinaten, die von Individualbeobachtern noch als farbgleich oder eben farbverschieden angesehen werden, können somit vorfestgelegt werden.
  • In entsprechender Weise werden die Begriffe "verschiedenfarbig" oder "andersfarbig" in der vorliegenden Erfindung so verstanden, dass die entsprechenden lumineszierenden Sicherheitsmerkmale solchermaßen unterschiedliche Farbkoordinaten in einem CIE-Normalfarbsystem aufweisen, dass sie bei individuellen Betrachtern unterscheidbare Farbeindrücke hervorrufen.
    • Grundidee der Erfindung
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Codierungssystem gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
  • Das erfindungsgemäße Codierungssystem dient zum Ausbilden eines Sicherheitsmerkmals in oder an einem oder mehreren Sicherheits- oder Wertdokumenten, mit mindestens zwei Einzelleuchtstoffen, und mindestens drei, mit den mindestens zwei Einzelleuchtstoffen gebildeten, Leuchtstoffkombinationen, wobei die mindestens drei Leuchtstoffkombinationen in Form von mindestens drei lumineszierenden Sicherheitselementen für das Sicherheitsmerkmal in oder an dem einen oder den mehreren Sicherheits- oder Wertdokumenten auf- oder angebracht sind, und die mindestens drei Leuchtstoffkombinationen, jeweils im nicht-sichtbaren Spektralbereich, insbesondere im ultravioletten oder infrarotem Spektralbereich, anregbar sind und nach Anregung im sichtbaren Spektralbereich emittieren, wobei jede der mindestens drei Leuchtstoffkombinationen durch ein Emissionsspektrum mit mehreren individuellen Emissionslinien und/oder Emissionsbanden charakterisiert ist, und wobei jede der mindestens drei Leuchtstoffkombinationen eine identische spektrale Abfolge der Emissionslinien und/oder Emissionsbanden aufweist, wobei die Intensitätsverhältnisse der Emissionslinien und/oder Emissionsbanden verschieden sind, jedem der mindestens drei lumineszierenden Sicherheitselemente ein einheitlicher spektraler Code zugeordnet, wobei der Code durch die spektrale Abfolge der Emissionslinien und/oder Emissionsbanden gebildet wird, und wobei die mindestens drei lumineszierenden Sicherheitselemente des Sicherheitsmerkmals bei Anregung unterschiedliche Farbkoordinaten in einem CIE-Normfarbsystem aufweisen, so dass sie unterschiedliche Farbeindrücke bei einem Betrachter hervorrufen.
  • Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Sicherheitsmerkmal gemäß Anspruch 14 sowie ein Sicherheits- und/oder Wertdokument gemäß Anspruch 15.
  • Erfindungsgemäß wird die oben beschriebene Aufgabe dadurch gelöst, dass die zur Ausbildung der spektral identischen Codes herangezogenen, im ultravioletten Spektralbereich (insbesondere bei Wellenlängen zwischen 380 und 315 nm (UV-A), 315 und 280 nm (UV-B) sowie zwischen 280 und 200 nm (UV-C)) oder im infraroten Spektralbereich (IR, beispielsweise bei Wellenlängen zwischen 950 bzw. 980 nm) anregbaren und im sichtbaren Bereich emittierenden Einzelleuchtstoffe durch Variation der Mischungsverhältnisse derart zu Leuchtstoffkombinationen zusammengestellt werden, dass die bei einer vorgegebenen optischen Anregung, beispielsweise mit einer bestimmten UV-Strahlungsquelle, hervorgerufenen Farbeindrücke der verschiedenen Leuchtstoffkombinationen, bzw. der korrespondierenden Sicherheitselemente eines Sicherheitsmerkmals vom menschlichen Auge als verschiedenfarbig wahrgenommen werden.
  • Das bedeutet, dass der Betrachter die unterschiedlichen, unter den jeweils festgelegten Anregungsbedingungen sichtbar lumineszierenden Sicherheitselemente, zum Beispiel in Form von Markierungen, welche als Sicherheitsmerkmale jeweils auf, an oder in einem Wert- oder Sicherheitsdokument angebracht sind, als farblich unterschiedlich und unterscheidbar wahrnimmt und sie damit mutmaßlich auch für spektral verschieden hält, obwohl diese tatsächlich bezüglich der spektralen Abfolge der individuellen Emissionslinien und/oder Emissionsbanden identische Lumineszenzcodes und Emissionsspektren aufweisen, die nur mit Hilfe einer speziellen Lumineszenz-Messtechnik verifiziert werden können.
  • Die bezüglich ihrer Lumineszenz als verschiedenfarbig wahrgenommenen Sicherheitselemente eines Sicherheitsmerkmals können in unterschiedlichen Sicherheits- oder Wertdokumenten (beispielsweise Banknoten, Ausweise, Reisepässe, Führerscheine etc.) oder auch im Produktschutz eingesetzt werden. Verschiedenfarbig erscheinende, aber identische spektrale Codes aufweisende Markierungen können beispielsweise zum Zwecke der Nominalwertcodierung von unterschiedlichen Währungs-Denominationen eingesetzt werden. Andererseits ist es auch möglich, die als verschiedenfarbig wahrgenommenen Markierungen als Sicherheitsmerkmale mehrmals in gleiche, gleichartige oder unterschiedliche Designs ein und desselben Sicherheits- oder Wertdokumentes zu integrieren.
  • Auf der Grundlage von Modellrechnungen und durch praktische Versuche konnte nachgewiesen werden, dass zur Realisierung der verschiedenfarbig lumineszierenden Leuchtstoffkombinationen und der entsprechenden Sicherheitselemente mit identischen spektralen Codes sowohl linienförmig als auch bandenförmig im sichtbaren Spektralbereich emittierende Einzelleuchtstoffe eingesetzt werden können. Die konkrete Auswahl und die Anzahl der für die Bereitstellung der Leuchtstoffkombinationen eingesetzten Einzelleuchtstoffe mit exklusiver schmal- und/oder breitbandiger Emission hängt dabei von den gewünschten unterschiedlichen Farbeindrücken, gleichzeitig aber auch vom jeweiligen Sicherheitsanspruch und vom zugelassenen Aufwand für die Detektion der emittierten Lumineszenz und die Verifikation der spektral identischen Lumineszenzcodes ab.
  • Weiterhin hat sich gezeigt, dass verschiedenfarbig lumineszierende Sicherheitselemente mit spektral identischen Lumineszenzcodes sowohl durch die Kombination von Einzelleuchtstoffen mit eng beieinander aber auch mit weiter auseinanderliegenden Emissionslinien und/oder Emissionsbanden erzeugt werden können. Der spektrale Abstand der einzelnen Emissionslinien und/oder Emissionsbanden ist vor allem für den Aufwand zur sicheren spektrometrischen Verifikation der spektral identischen Lumineszenzcodes entscheidend, während die angestrebten unterschiedlichen Farbeindrücke der emittierten Lumineszenz der einzelnen Sicherheitselemente über die Mischungsverhältnisse der zur Bereitstellung der Leuchtstoffkombinationen ausgewählten Einzelleuchtstoffe und die daraus resultierenden unterschiedlichen Intensitätsverhältnisse der charakteristischen Emissionslinien und/oder Emissionsbanden eingestellt werden.
  • Weitere Kriterien für die Auswahl der Einzelleuchtstoffe für das Codierungssystem sind beispielsweise eine möglichst hohe Lumineszenzausbeute, eine genügend hohe Stabilität und Alterungsbeständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen, sowie eine an die ausgewählten Druck- und Applikationsverfahren angepasste Korngrößenverteilung der Lumineszenzpigmente. Diese Eigenschaften sind beispielsweise auch für die Art und Weise der Anwendung der Sicherheitselemente auf oder in den jeweiligen Sicherheits- und Wertdokumenten als auch für die sichere Verifizierbarkeit über die gesamte Lebens- oder Gebrauchsdauer des Sicherheits- oder Wertdokuments von großer Wichtigkeit.
  • Das Aufbringen der Sicherheitselemente, beispielsweise in Form von Markierungen, kann beispielsweise mit Hilfe üblicher Drucktechnologien (Tiefdruck-, Flexodruck-, Offsetdruck- oder Siebdruckverfahren etc.) oder aber auch unter Ausnutzung andersgearteter Beschichtungsverfahren erfolgen, wobei die zu beschichtenden Materialien sowohl aus Papier, unterschiedlichen Kunststoffen oder aber auch aus anderen organischen oder anorganischen Substanzen bestehen können. Ferner kann auch vorgesehen sein, die die Sicherheitselemente bildenden Leuchtstoffkombinationen bestimmten Kunststoffen zuzumischen, wobei die Kunststoffe anschließend in das Sicherheits- oder Wertdokument eingebracht werden.
  • Zur Realisierung verschiedenfarbig emittierender Sicherheitselemente mit identischen spektralen Lumineszenzcodes, stehen sowohl für die Anregung mit UV-Strahlung als auch für die IR-Anregung zahlreiche Einzelleuchtstoffe zur Verfügung. Diese lassen sich so zu erfindungsgemäßen Leuchtstoffkombinationen zusammenführen, dass hochkomplexe Emissionsspektren resultieren. Die aus diesen Spektren ableitbaren, für alle Sicherheitselemente des Sicherheitsmerkmals identischen spektralen Lumineszenzcodes besitzen ein Level-3-Sicherheitsniveau und können nur mit der Hilfe einer leistungsfähigen und gegebenenfalls sehr aufwendigen Lumineszenzmesstechnik und mit dem Spezial- oder Geheimwissen darüber, welche der vielfältigen und verschiedenen Emissionslinien und/oder Emissionsbanden zur Auswertung herangezogen werden.
  • Als Grundgitter (Matrix) für die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Sicherheitselemente verwendeten UV-anregbaren anorganischen Leuchtstoffe können beispielsweise die im Folgenden ausgeführten Materialien eingesetzt werden: Borate (z.B. LaBOs, SrB6O10,CaYBO4, SrB4O7, YAI3B4O12, SrB8O13, Ca2B5O9Br), Nitride (z.B. CaAlSiN3, Sr2Si5N8, MgSiN2, GaN), Oxynitride (z.B. SrSi2N2O2, α-SiAlON, β-SiAION, Oxide (z.B. Al2O3, CaO, Sc2O3, TiO2, ZnO, Y2O3, ZrO2, La2O3, Gd2O3, Lu2O3), Halogenide und Oxyhalogenide (z.B. CaF2, CaCl2, K2SiF6, LaOBr), Aluminate (z.B. LiAlO3, SrAl2O4, Y3Al5O12, BaMgAl11O17, CaAl2O4, Sr4Al14O25), Silikate (z.B. Ba2SiO4, Sr3SiO5, Sr3MgSi2O8, Sr2MgSi2O7, CaSiOs, Zn2SiO4, Ba2SiO4, Y2SiO5, CaMgSi2O6, Ba2Li2Si2O7, LiCeBa4Si4O14, Ca3Al2Si3O12), Halosilikate (z.B. LaSiO3Cl, Ba5SiO4Cl6, Sr5Si4O10Cl6), Phosphate (z.B. YPO4, Ca2P2O7, MgBaP2O7, Ca3(PO4)2, MgBa2(PO4)2), Halophosphate (z.B. Ca5(PO4)3Cl, Sr5(PO4)3Cl), Sulfide (z.B. ZnS, CaS, SrS, BaS, SrGa2S4, ZnGa2S4, ZnBa2S3), Oxysulfide (z.B. Y2O2S, La2O2S, Gd2O2S, Lu2O2S), Sulfate (z B. Mg2Ca(SO4)3), Gallate (z.B. Y3Ga5O12, CaGa2O4, Gd3Ga5O12), Vanadate (z. B. YVO4), Molybdate und Wolframate (z.B. CaMoO4, Sr3WO6, La2W3O12, Tb2Mo3O12, Li3Ba2La3(MoO4)8), oder aber auch solche anorganischen Substanzklassen wie beispielsweise Boride, Carbide, Scandate, Titanate, Germanate und Yttrate. Diese Aufzählung stellt keine Einschränkung dar, es können auch weitere Materialklassen oder Einzelverbindungen in die Auswahl der als Leuchtstoffgrundgitter geeigneten anorganischen Festkörperverbindungen einbezogen werden.
  • Die Aktivierung der ausgewählten Grundgitter erfolgt durch den gezielten Einbau von jeweils einem oder mehreren Fremdionen in die jeweilige Leuchtstoffmatrix, wobei im Falle der im ultravioletten Spektralbereich anregbaren und im Sichtbaren emittierenden Leuchtstoffe vor allem Seltenerdionen und/oder Ionen von Übergangsmetallen zur Dotierung bzw. Codotierung verwendet werden. Diese Aktivator- und die ggf. zusätzlich eingebrachten Coaktivatorionen bilden die Strahlungszentren in den jeweiligen Grundgittern und bestimmen in Wechselwirkung mit diesen die Lumineszenzeigenschaften der anorganischen Leuchtstoffe. So resultieren im Falle der beispielhaften Verwendung von dreiwertigen Ionen der Seltenen Erden wie etwa Pr3+, Sm3+, Eu3+, Tb3+, Er3+, Dy3+, Tm3+ oder von 3d3- Ionen wie Cr3+, Mn4+ nach UV-Anregung in aller Regel linienhafte Emissionen, während bei der Dotierung der bespielhaft genannten Grundgitter mit Ionen wie Mn2+, Cu+, Ag+, Sn2+, Sb3+, Pb2+, Bi3+, Ce3+und Eu2+mit hoher Wahrscheinlichkeit Emissionsbanden erhalten werden.
  • Die mit der Hilfe von Leuchtstoffen bewirkte Umwandlung von infraroter Anregungsstrahlung in sichtbares Licht wird als Anti-Stokes-Lumineszenz bzw. Up-Conversion bezeichnet. Sie gelingt nur durch die Bereitstellung solcher Leuchtstoffmaterialien, die in der Lage sind, die anregende IR-Strahlung durch mehrstufige Anregungsprozesse in den sichtbaren Spektralbereich zu transformieren. Als Grundgitter für derartige, erfindungsgemäß einsetzbare anorganische Leuchtstoffe stehen vor allem oxidische Verbindungen (z.B. Y2O3, ZrO2, La2MoO6, LaNbO4, LiYSiO4), Oxyhalogenide (z.B. YOCl, LaOCl, LaOBr, YOF, LaOF), Oxysulfide (z.B. Y2O2S, La2O2S, Gd2O2S, Lu2O2S) und Fluoride (z.B. YF3, LaF3, LiYF4, NaYF4, NaLaF4, BaYFs) zur Verfügung. Zur Absicherung einer genügend hohen Lumineszenzausbeute werden als Strahlungszentren in den Anti-Stokes-Leuchtstoffen zumeist die Seltenerdionenkombinationen Yb3+-Er3+, Yb3+-Tm3+und Yb3+-Ho3+ verwendet. Daneben sind aber auch weitere Leuchtstoffe wie beispielsweise die Materialien SrF2:Er3+, YF3:Yb3+, Tb3+ oder CaF2:Eu2+ bekannt, die ebenfalls als IR-VIS-Strahlungswandler genutzt werden können.
  • Neben den anorganischen Lumineszenzpigmenten können im Sinne der Erfindung natürlich auch im UV- bzw. IR-Spektralbereich anregbare und im Sichtbaren emittierende organische Einzelleuchtstoffe, wie beispielsweise unterschiedliche, seltenerdaktivierte organische Komplexverbindungen zur Herstellung verschiedenfarbig emittierender Leuchtstoffkombinationen mit spektral identischen Lumineszenzcodes verwendet werden. Diese können gegebenenfalls mit ausgewählten anorganischen Lumineszenzpigmenten kombiniert werden.
  • Darüber hinaus sind in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung, vom angestrebten Design des Sicherheitsmerkmals und von der vorgesehenen Technologie für die Herstellung der Sicherheitselemente auch photolumineszierende anorganische oder organische nanoskalierte Leuchtstoffe oder entsprechend konfigurierte Quantendots als Komponenten für die Bereitstellung der erforderlichen Leuchtstoffkombinationen geeignet.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die für den jeweiligen Anwendungsfall des Codierungssystems ausgewählten Einzelleuchtstoffe durch gezielte Veränderung der chemischen Zusammensetzung der jeweiligen Wirts-(Grund)-Gitter, d.h. durch gezielt vorgenommene Substitutionen im Kationen- und/oder Anionenteilgitter, so modifiziert, dass sich die Emissionsspektren dieser exklusiven Leuchtstoffe deutlich von denen der in konventionellen technischen Anwendungen verwendeten Luminophoren oder auch von solchen, die ausführlich in der Fachliteratur beschrieben wurden, unterscheiden. Durch die bevorzugte Verwendung derartiger Leuchtstoffe mit exklusiven Emissionsspektren kann die Fälschungssicherheit der mit dem Codierungssystem ausgestatteten Wert- oder Sicherheitsdokumente noch weiter erhöht werden.
  • Das erfindungsgemäße Codierungssystem bietet eine Vielfalt von Ausführungsformen für unterschiedliche Sicherheitsniveaus und Anwendungsmöglichkeiten. Es können verschiedenfarbig emittierende Markierungen mit einheitlichen spektralen Lumineszenzcodes bereitgestellt werden, deren Echtheit mit einfachen Handsensoren geprüft werden kann, aber auch solche, bei denen für das sichere Verifizieren der Codes hochauflösende Spektrometer erforderlich sind. Die Spannweite der Verifikationsmöglichkeiten reicht von der forensischen Prüfung im Speziallaboratorium bis hin zur Hochgeschwindigkeitsdetektion der maschinell auslesbaren Codes.
    • Besondere Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden besondere Ausführungsformen der Erfindung weiter im Detail beschrieben.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltungsform der Erfindung umfasst ein Codierungssystem, bei welchem mindestens ein weiterer Einzelleuchtstoff zur Bildung weiterer Leuchtstoffkombinationen und Ausbildung weiterer lumineszierender Sicherheitselemente mit gleichem Code vorgesehen ist.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Codierungssystem, bei welchem die Farbkoordinaten der lumineszierenden Sicherheitselemente über ein Mischungsverhältnis der Einzelleuchtstoffe für die Leuchtstoffkombinationen eingestellt werden.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Codierungssystem, bei welchem mindestens einer der Einzelleuchtstoffe einen organischen Leuchtstoff, insbesondere eine seltenerdaktivierte organische Komplexverbindung, aufweist.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Codierungssystem, bei welchem mindestens einer der Einzelleuchtstoffe einen anorganischen Leuchtstoff aufweist.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Codierungssystem, bei welchem sowohl anorganische als auch organische Einzelleuchtstoffe unterschiedlicher Korngröße, insbesondere nanoskalierte Leuchtstoffe und/oder Quantendots, sowie entsprechende Leuchtstoffkombinationen verwendet werden.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Codierungssystem, bei welchem die Einzelleuchtstoffe durch gezielte Substitutionen im Leuchtstoffgitter modifiziert werden, so dass diese ein exklusives Emissionsspektrum aufweisen.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Codierungssystem, bei welchem die Einzelleuchtstoffe und/oder Leuchtstoffmischungen in einem oder mehreren ultravioletten Wellenlängenbereiche, nämlich bei Wellenlängen zwischen 380 nm und 315 nm (UV-A) und/oder bei Wellenlängen zwischen 315 nm und 280 nm (UV-B) und/oder bei Wellenlängen zwischen 280 nm und 200 nm (UV-C) anregbar sind.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Codierungssystem, bei welchem die lumineszierenden Sicherheitselemente des Sicherheitsmerkmals bei mindestens zwei im ultravioletten Spektralbereich einstellbaren Anregungsbedingungen, also im UV-A und/oder im UV-B und/oder im UV-C-Spektralbereich, als verschiedenfarbig, insbesondere als gleichermaßen verschiedenfarbig, wahrgenommen werden.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Codierungssystem, bei welchem die lumineszierenden Sicherheitselemente des Sicherheitsmerkmals bei jeder der vorgegebenen Anregungen im UV-A-, UV-B- oder UV-C-Spektralbereich unterschiedliche Farbkoordinaten in einem CIE-Normfarbsystem aufweisen, so dass die lumineszierenden Sicherheitselemente unterschiedliche Farbeindrücke, insbesondere gleichermaßen unterschiedliche Farbeindrücke, bei dem Betrachter hervorrufen
  • Eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Codierungssystem, bei welchem die Einzelleuchtstoffe und/oder Leuchtstoffmischungen im Infraroten Wellenlängenbereich, nämlich bei Wellenlängen zwischen 950 nm und 980 nm anregbar sind.
  • Eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Codierungssystem, bei welchem die Maxima der individuell ausgezeichneten Emissionslinien und/oder Emissionsbanden der Einzelleuchtstoffe und/oder Leuchtstoffkombinationen nur wenige Nanometer voneinander beabstandet sind, insbesondere einen Abstand von weniger als 10 nm, besonders bevorzugt von weniger als 5 nm, noch mehr besonders von weniger als 3 nm aufweisen.
  • Eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Codierungssystem, bei welchem die Einzelleuchtstoffe und/oder Leuchtstoffkombinationen eine im Wesentlichen gleiche oder ähnliche Alterungsbeständigkeit aufweisen.
  • Im Weiteren werden weitere vorteilhafte und besonderes bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weiter im Detail beschrieben.
  • Durch das Einbeziehen weiterer, vorzugsweise exklusiv modifizierter Einzelleuchtstoffe in die Bereitstellung der verschiedenfarbig emittierenden Leuchtstoffkombinationen können die Möglichkeiten für die Generierung fälschungssicherer Lumineszenzcodes weiter erhöht werden. Darüber hinaus ist beachten, dass die in der Praxis zur Anwendung gelangenden Einzelleuchtstoffe, beispielweise modifizierte seltenerdaktivierte Luminophore, bereits als Einzelkomponenten zumeist mehrere Emissionslinien und/oder Emissionsbanden und damit häufig komplexe Emissionsspektren aufweisen. Auch dadurch steigt die Anzahl der möglichen Code-Zuweisungen auf dem hohen Level-3-Sicherheitsniveau.
  • Ein weiterer möglicher Gedanke der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitsmerkmals eines Codierungssystems für die Anwendung in Sicherheits- oder Wertdokumenten sowie im Produktschutz.
  • Dabei müssen in einem ersten Schritt Entscheidungen über die Anregungsbedingungen für das erfinderische Lumineszenzmerkmal, über die gewünschten unterschiedlichen Farbeindrücke der verschiedenfarbig emittierenden Sicherheitselemente sowie über das Ausmaß der Komplexität der für alle Sicherheitselemente des Sicherheitsmerkmals gleichermaßen identischen spektralen Lumineszenzcodes getroffen werden. Diese Entscheidungen sind abhängig von der Art und der Verwendung der zu schützenden Wert- und Sicherheitsdokumente oder der schützenswerten Produkte, vom zugelassenen Aufwand für die Verifizierung der Lumineszenzcodes und von den Designvorgaben für das Merkmal.
  • Ein weiterer Schritt betrifft die Auswahl der für die Herstellung der benötigten Sicherheitselemente erforderlichen Einzelleuchtstoffe. Die Auswahl kann auf der Grundlage der gemessenen Emissionsspektren der zu bewerteten Leuchtstoffe mit vorzugsweise exklusiver Emissionscharakteristik erfolgen. Die Kenntnis der Emissionsspektren befördert die erforderlichen Entscheidungen über die vorzunehmende Codezuweisung. Gleichzeitig geben die aus den Emissionsspektren berechenbaren CIE- Farbkoordinaten der Einzelleuchtstoffe Auskunft darüber, welche Mischungsverhältnisse zur Anwendung gebracht werden müssen, um den gewünschten unterschiedlichen Farbeeindruck oder Farbeeindrücke der verschiedenfarbig emittierenden Leuchtstoffkombinationen realisieren zu können.
  • Der nachfolgende Schritt ist auf die gegebenenfalls erforderliche experimentelle Überprüfung und das Festlegen der Mischungsverhältnisse der für die Erstellung der verschiedenfarbig emittierenden Sicherheitselemente des Sicherheitsmerkmals gerichtet. In aller Regel sind nur wenige praktische Versuche erforderlich, um auf der Grundlage der durchgeführten farbmetrischen Berechnungen die unter Applikationsbedingungen gültigen Mischungsverhältnisse für die Bereitstellung der Leuchtstoffkombination zu ermitteln. Die experimentelle Überprüfung ist aber erforderlich, um Wechselwirkungen zwischen den verwendeten Einzelleuchtstoffen sowie weitere Einflussfaktoren, die auf den eigenständigen und unterschiedlichen optischen Eigenschaften (Eigenemission, Absorptions- und Reflexionsverhalten) der weiteren organischen und anorganischen Bestandteile (Bindemittel, Additive) der für die Applizierung des Sicherheitsmerkmals verwendeten Farbkompositionen sowie den optischen Effekten der verwendeten Trägermaterialien beruhen, berücksichtigen zu können.
  • In einem weiteren Schritt erfolgt das Auf- oder Einbringen der bereitgestellten verschiedenfarbig emittierenden Leuchtstoffkombinationen auf oder in die Trägermaterialien der jeweiligen Sicherheits- oder Wertdokumente. Dieser Prozessschritt kann beispielweise mit Hilfe der üblichen Druckverfahren (Tiefdruck-, Flexodruck-, Offsetdruck- oder Siebdruckverfahren etc.) oder aber unter Verwendung anderer Beschichtungstechnologien ausgeführt werden.
  • Ein letzter Schritt des Verfahrens zur Herstellung eines Sicherheitsmerkmals ist der abschließenden Codezuweisung vorbehalten. Auf der Grundlage der unter definierten Anregungsbedingungen gemessenen Emissionsspektren der aus den ausgewählten Einzelleuchtstoffen erstellten Leuchtstoffkombinationen werden die für die Echtheitsverifizierung erforderlichen und geeigneten codebildenden Emissionsmaxima (λmax-Werte) der individuell ausgezeichneten, vorzugsweise exklusiven Emissionslinien und/oder Emissionsbanden ausgewählt und einem Zeichenvorrat, beispielsweise einer Zahlen- oder Buchstabenabfolge zugeordnet.
  • Weiterhin betrifft eine Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zum Auslesen der Lumineszenzcodes und der Echtheitsverifizierung der beispielsweise als Markierungen ausgebildeten Sicherheitselemente eines Sicherheitsmerkmals des erfindungsgemäßen Codierungssystems bestimmt. Dieses Verfahren umfasst: das Anregen der die Sicherheitselemente bildenden Leuchtstoffkombinationen mit einer vorgegebenen unsichtbaren Anregungsstrahlung, die insbesondere von geeigneten UV- oder IR-Strahlungsquellen erzeugt wird, das Erfassen der elektromagnetischen Spektren dieser, verschiedenfarbig emittierende Leuchtstoffkombinationen in einem vorbestimmten sicht-baren Spektralbereich mit der Hilfe geeigneter optischer Spektrometer, sowie das Auswerten der Messergebnisse und die abschießende Echtheitsbewertung, wobei die Anwesenheit der hinterlegten Code relevanten Emissionscharakteristika geprüft und mit der hinterlegten Codeinformation verglichen wird.
  • Der technische Aufwand für die sichere Verifikation des für alle verschiedenfarbig emittierenden Sicherheitselemente des erfindungsgemäßen Codierungssystems gleichermaßen charakteristischen Lumineszenzcodes hängt von verschiedenen Faktoren ab. Dazu gehören die Breite des im Sichtbaren zu detektierenden Spektralbereiches und das Ausmaß der Komplexität der auf der Grundlage der individuellen, vorzugsweise exklusiven, Emissionsspektren der verwendeten Leuchtstoffkombinationen generierten Lumineszenzcodes, wobei insbesondere geringe spektrale Abstände zwischen den Maxima der für die Codebildung relevanten charakteristischen Emissionslinien und/oder Emissionsbanden die Verwendung von leistungsfähigen optischen Spektrometern mit einem hohen spektralen Auflösungsvermögen erfordern.
  • Ein weiterer möglicher Gedanke der Erfindung betrifft darüber hinaus die sich aus der praktischen Anwendung der erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmale in Wert- und Sicherheitsdokumenten bzw. im Produktschutz ergebenden Anforderungen an die Detektionsgeschwindigkeit. Umfangreiche Untersuchungen haben ergeben, dass sich auf der Grundlage der Erfindung maschinenlesbare Level-3-Sicherheitsmerkmale zusammenstellen lassen, deren Lumineszenzcodes sowohl bei den in Geldautomaten (ATM, Cash Management System) als auch bei den in den Sortiermaschinen der Zentralbanken üblichen Detektionsgeschwindigkeiten sicher verifiziert werden können.
  • Andererseits ist es im Sinne der Fälschungssicherheit durchaus vorteilhaft, wenn beispielsweise zumindest zwei der individuell ausgezeichneten Emissionslinien der farbidentischen Sicherheitselemente so eng beieinanderliegen, dass sie nicht ohne größeren technischen Aufwand voneinander unterschieden werden können.
  • Der Vorteil der Erfindung liegt hier in dem großen Spielraum für die konkrete Ausgestaltung der zu einem erfinderischen Sicherheitsmerkmal gehörenden Sicherheitselemente, der durch die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten der unterschiedlichen Einzelleuchtstoffe eröffnet wird. So kann für das jeweils auszubildende Sicherheitsmerkmal genau entschieden werden, wie gering der spektrale Abstand der beispielsweise zumindest zwei individuell ausgezeichneten Emissionslinien mit Blick auf das höchste Maß an Fälschungssicherheit sein sollte und wie gering er in Anbetracht der Verifikationsumstände, beispielsweise unter den Bedingungen einer Hochgeschwindigkeitsdetektion, sein kann. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass die Maxima von zumindest zwei der individuell ausgezeichneten, vorzugsweisen exklusiven Emissionslinien der zu einem Sicherheitsmerkmal gehörenden Sicherheitselemente im elektromagnetischen Spektrum nur wenige Nanometer voneinander entfernt liegen, wobei diese bevorzugt einen Abstand von weniger als 10 nm, besonders bevorzugt einen Abstand von weniger als 5 nm und, ganz besonders bevorzugt einen Abstand von weniger als 3 nm aufweisen.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die bei einer vorgegebenen optischen Anregung vom Betrachter wahrgenommenen Farbunterschiede zwischen den zu Sicherheitsmerkmalen zusammengestellten verschiedenfarbig lumineszierenden Sicherheitselementen (die auch als Farbshift oder Farbtuning ausgeprägt sein können) zumindest auch bei einer weiteren, von der ersten grundsätzlich unterscheidbaren optischen Anregung, vom menschlichen Auge als vergleichbar oder gleichermaßen wahrgenommen werden. Wie allgemein bekannt und bereits beschrieben, wird der ultraviolette Spektralbereich in der Literatur und in der technischen Abwendung in die Bereiche UV-A- (380-315 nm), UV-B- (315-280 nm) und in den UV-C-Strahlungsbereich (280-100 nm) unterteilt, wobei für die einzelnen definierten Strahlungsarten auch jeweils unterschiedliche Strahlungsquellen zur Verfügung stehen. In diesem Zusammenhang hat sich gezeigt, dass es möglich ist, verschiedenfarbig emittierenden Leuchtstoffkombinationen mit einheitlichen spektralen Codes bereitzustellen, deren Farbeindrücke und Farbdifferenzen beispielsweise sowohl bei der Anregung mit UV-A- als auch UV-B-Strahlungsquellen vom Betrachter als vergleichbar angesehen werden.
  • In einer ganz besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Farbeindrücke und die Farbunterschiede der für die Ausbildung eines Sicherheitsmerkmals des Codierungssystems jeweils ausgewählten verschiedenfarbig emittierenden Sicherheitselemente bei allen in ultravioletten Spektralbereich einstellbaren Anregungsbedingungen, also sowohl bei Anregung mit UV-A-, UV-B- oder UV-C-Strahlungsquellen, vom Betrachter als vergleichbar, d.h. gleichermaßen verschiedenfarbig, identifiziert.
  • Um die Sicherheit der Sicherheitselemente weiter zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, weitere Informationen mit in die Verifikation einzubeziehen. Deshalb ist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ferner vorgesehen, dass das Codierungssystem eine weitere Information über eine Anordnung und/oder eine Kontur der Sicherheitselemente auf oder in dem Sicherheits- oder Wertdokument ausbildet. Eine solche Anordnung kann beispielsweise eine bestimmte Position auf dem Sicherheits- oder Wertdokument sein. Das Sicherheitselement selber kann aber auch eine bestimmte Kontur aufweisen, beispielsweise die Form eines Zeichens, eines Symbols, einer Ziffer oder eines Piktogramms. Bei der Verifikation werden dann zusätzlich die Position auf dem Sicherheits- oder Wertdokument und/oder die Anordnung und/oder das Vorliegen der entsprechenden Kontur des Sicherheitselements überprüft.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren und Tabellen näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1:
    eine schematische Darstellung der Normfarbtafel des CIE-Normfarbsystems mit auf Literaturangaben beruhenden unterschiedlichen Benennungen der Farbregionen,
    Fig. 2a-c:
    die Emissionsspektren von zwei Modellleuchtstoffen sowie die dazugehörigen Farbkoordinaten, dargestellt in der Normfarbtafel des CIE-Normfarbsystems,
    Fig. 3a-e:
    die Emissionsspektren von beispielhaften Leuchtstoffkombinationen (Leuchtstoffmischungen), die aus den in den Fig. 2a-c gezeigten zwei Modellleuchtstoffen gebildet sind, und die dazugehörigen Farbkoordinaten der Leuchtstoffmischungen in der CIE-Normfarbtafel,
    Fig. 4a-j:
    die Emissionsspektren von acht verschiedenfarbig lumineszierenden Sicherheitselementen mit bezüglich der spektralen Abfolge der charakteristischen Emissionslinien identischen Lumineszenzcodes, die durch die Kombination von fünf Modelleuchtstoffen erstellt wurden, wobei die fünf Einzelleuchtstoffe so ausgewählt wurden, das sowohl ihre als auch die Farbkoordinaten der resultierenden, beispielhaften acht Leuchtstoffmischungen in der CIE-Normfarbtafel gemäß der Fig. 4a und 4b in Form von Geraden angeordnet sind,
    Fig. 5a-j:
    ein weiteres Beispiel für die Generierung verschiedenfarbig lumineszierender Sicherheitselemente mit spektral identischen Lumineszenzcodes, das auf der Verwendung von fünf Modelleuchtstoffen beruht, deren Farbkoordinaten in der CIE-Normfarbtafel gemäß der Fig. 5a und 5b in Form eines Oktaeders positioniert sind,
    Fig. 6a-c:
    die Emissionsspektren von drei ausgewählten realen Leuchtstoffen,
    Fig. 7a-j:
    die Farbkoordinaten der drei ausgewählten realen Leuchtstoffe sowie die Emissionsspektren und Farbkoordinaten von acht beispielhaften, durch Kombination (Mischung) dieser Einzelleuchtstoffe bereitgestellten, verschiedenfarbig lumineszierenden Sicherheitsmerkmale, die durch spektral identische Lumineszenzcodes gekennzeichnet sind.
  • Die nachfolgenden Tabellen beinhalten:
    Tab. 1: die Lumineszenz-spezifischen Daten von zwei ausgewählten Modellleuchtstoffen, wie sie in der Fig. 2 beschrieben sind,
    Tab. 2: die zur Ausbildung der in der Fig. 3b bis 3e beschriebenen beispielhaften lumineszierenden Sicherheitselemente erforderlichen Mischungsverhältnisse für die ausgewählten zwei Modellleuchtstoffe, sowie die Farbkoordinaten der beispielhaften Leuchtstoffkombinationen,
    Tab. 3: die Lumineszenz-spezifischen Daten von weiteren fünf ausgewählten Modellleuchtstoffen, deren charakteristischen Farbkoordinaten in der Fig. 4a dargestellt sind,
    Tab. 4: die Mischungsverhältnisse für diese Leuchtstoffe, die für das Erstellen von insgesamt acht in den Fig. 4c bis 4j beschriebenen beispielhaften, verschiedenfarbig lumineszierenden und mit spektral identischen Lumineszenzcodes ausgestatteten Sicherheitselementen zu Anwendung gebracht werden müssen, sowie die Farbkoordinaten der einzelnen, die Sicherheitselemente bildenden Leuchtstoffmischungen,
    Tab. 5: die Lumineszenz-spezifischen Daten von weiteren fünf ausgewählten Modellleuchtstoffen, deren charakteristischen Farbkoordinaten in der Fig. 5a dargestellt sind,
    Tab. 6: die Mischungsverhältnisse für diese Leuchtstoffe, auf deren Grundlage die in den Fig. 5c bis 5j beschriebenen, beispielhaften erfindungsgemäßen Sicherheitselementen konfiguriert werden können, sowie die Farbkoordinaten der einzelnen Leuchtstoffkombinationen, wie sie auch in der Fig. 5b dargestellt sind,
    Tab. 7: die Farbkoordinaten und Emissionsmaxima von drei für die Erstellung erfindungsgemäßer lumineszierender Sicherheitselemente beispielhaft ausgewählten realen Leuchtstoffen, und
    Tab. 8: die erforderlichen Mischungsverhältnisse für die Bereitstellung der in den Fig. 7c
    bis 7j anhand ihrer Emissionsspektren beschriebenen beispielhaften Kombinationen dieser realen Einzelleuchtstoffe sowie die für diese Emissionsspektren berechneten Farbkoordinaten.
  • Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der CIE-Normfarbtafel des CIE-Normvalenzsystems. Das CIE-Normvalenzsystem wurde entwickelt, um eine Relation zwischen der menschlichen Farbwahrnehmung und den physikalischen Ursachen des Farbreizes herzustellen und beruht auf der Definition eines idealen Normalbeobachters. Jedem wahrnehmbaren Farbton, also auch jedem Emissionsspektrum eines jeglichen Leuchtmittels wird in der CIE-Normfarbtafel eine konkrete Position, d.h. eine x, y-Farbkoordinate zugewiesen. Der obere, auch als "Spektralfarbenzug" bezeichnete Rand der dreieckförmigen Anordnung ist durch eine parabelförmige Linie gekennzeichnet, die den Wellenlängenbereich von λ = 380 bis 780 nm umfasst. Auf diesem Rand sind die Farborte der sogenannten reinen Spektralfarben positioniert, was im Falle von Selbstleuchtern, also etwa im Falle von im sichtbaren Spektralbereich emittierenden Leuchtstoffen bedeutet, dass ihre Emissionsspektren bei dieser Positionierung nur aus einzelnen monochromatischen Emissionslinien bestehen. Die lineare Verbindung zwischen den beiden Enden des "Spektralfarbenzuges" wird in allgemeinen als "Purpurgerade" bezeichnet. Anders als im Falle des "Spektralfarbenzuges" sind auf dieser Verbindungsgeraden die Koordinaten derjenigen Farbtöne angeordnet, die als Mischfarben zwischen blauviolett und rot wahrgenommen werden.
  • Darüber hinaus wurden in die schematische Darstellung der CIE-Normfarbtafel in der Fachliteratur (vergl.: R. Baer, Beleuchtungstechnik: Grundlagen, 3. Auflage, Huss-Medien 2006, S. 46) gelegentlich verwendete verbale Bezeichnungen für die unterschiedlichen Farbregionen aufgenommen.
  • Ein erstes beispielhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren Fig. 2a bis 2c in Verbindung mit den Figuren Fig. 3a bis 3e und der Tabelle Tab. 1 beschrieben. Dieses erste und einfache Beispiel der erfinderischen Idee beruht auf der Annahme, dass zur Generierung der verschiedenfarbigen lumineszierenden Sicherheitselemente mit identischen spektralen Codes lediglich zwei Einzelleuchtstoffe ausgewählt werden. Bei diesen beiden Einzelleuchtstoffen 1 und 2 handelt es sich um Modellleuchtstoffe mit jeweils einer individuell ausgezeichneten Emissionslinie (vgl. Fig. 2b und 2c). In der Tab. 1 sind die entsprechen Daten, insbesondere die Emissionsmaxima bei λmax von 460 bzw. 630 nm und die auf jeweils 10 nm festgelegten Halbwertbreiten der Emissionslinien sowie die dazugehörigen Farbkoordinaten aufgeführt (vgl. auch Fig. 2a, Δ-Symbol). Die Emissionsspektren dieser Modellleuchtstoffe 1 und 2 sind in der Fig. 2b und 2c grafisch dargestellt; Fig. 2a zeigt zudem eine CIE-Normfarbtafel, mit den durch ein einheitliches Dreiecks-Symbol (Δ) gekennzeichneten Farbkoordinaten 10 und 20, die für diese Modellleuchtstoffe charakteristisch sind. Tab. 1
    Emissionswellenlänqe Farbkoordinaten Halbwertbreite
    λmax/nm X y nm
    Einzelleuchtstoff 1, (Modellleuchtstoff MLS 1) 460 0,144 0,030 10
    Einzelleuchtstoff 2 (Modellleuchtstoff MSL 2) 630 0,707 0,293 10
  • In der Fig. 3 sind die Emissionsspektren M-1 bis M-4 von vier beispielhaften, verschiedenfarbig emittierenden Sicherheitselementen zusammengestellt, die durch Kombination der ausgewählten Einzelleuchtstoffen 1 und 2 erhalten wurden. Die in der Fig. 3a gezeigten Kreis-Symbole (o) zeigen jeweils die zugeordneten Farbkoordinaten M-10 bis M-40 dieser Sicherheitselemente. Die zur Anwendung gebrachten Mischungsverhältnisse sind ebenso wie die numerischen Werte der Farbkoordinaten der Leuchtstoffkombinationen in der Tab. 2 aufgeführt. Tab. 2
    Mischungsverhältnis/ Stoffmenqenanteil in % Farbkoordinaten
    Einzelleuchtstoff 1 (MSL 1) Einzelleuchtstoff 2 (MSL 2) x y
    Mischung M-1 65 35 0,255 0,082
    Mischung M-2 40 60 0,373 0,138
    Mischung M-3 23 77 0,484 0,190
    Mischung M-4 10 90 0,597 0,242
  • Wie aus der Fig. 3a hervorgeht, liegen die Farbkoordinaten M10 bis M40 der erstellten beispielhaften Leuchtstoffmischungen M-1, M-2, M-3 und M-4 in der CIE-Normfarbtafel auf einer Geraden, die die Farbkoordinaten 10 und 20 der ausgewählten Einzel-Modellleuchtstoffe 1 und 2 verbindet. Diese Verbindungslinie liegt oberhalb der in der Fig. 1 beschriebenen sogenannten "Purpurgeraden", die beispielhaften Leuchtstoffmischungen weisen also Emissionsfarben auf, die vom blauvioletten über den purpurroten bis in den zunehmend roten Spektralbereich wechseln. Wie die in den Fig. 3b bis 3e beschriebenen Emissionsspektren der Leuchtstoffkombinationen M-1 bis M-4 belegen, geht dieser Farbwechsel bzw. Farbshift mit den sich infolge der Verwendung unterschiedlicher Mischungsverhältnisse verändernden Intensitätsrelationen zwischen den zwei individuellen Emissionslinien der für die Erstellung der beispielhaften Leuchtstoffmischungen eingesetzten zwei Modellleuchtstoffe einher.
  • Darüber hinaus zeigen die Fig. 3b bis 3e, dass alle vier beispielhaften, durch unterschiedliche Emissionsfarben gekennzeichneten Leuchtstoffkombinationen im Sinne der Erfindung einen gemäß der spektralen Abfolge der zur Codebildung verwendbaren individuellen Emissionslinien identischen spektralen Lumineszenzcode aufweisen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel würde dieser Code lediglich aus zwei und noch dazu aus zwei spektral vergleichsweise weit auseinanderliegenden Emissionslinien bestehen. Ein solcher Code wäre vergleichsweise leicht verifizierbar, könnte aber auch vergleichsweise leicht nachgestellt werden. Die zur Erläuterung dieses ersten Ausführungsbeispiels in den Fig. 3b bis 3e aufgeführten Spektren zeigen jedoch, dass auch die unterschiedlichen Intensitätsverhältnisse der charakteristischen Emissionslinien der in Form von Sicherheitselementen verwendeten farbverschiedenen Leuchtstoffkombinationen als codebildenden Merkmal verstanden und zu Anwendung gebracht werden können. Neben den für alle Sicherheitselemente eines möglichen Sicherheitsmerkmals gleichermaßen geltenden, spektral identischen Lumineszenzcodes würden die einzelnen lumineszierenden Sicherheitselemente dann noch durch unterschiedliche, individuelle "Intensitätscodes" gekennzeichnet sein.
  • Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Anzahl der auf der Grundlage der zwei ausgewählten Einzelleuchtstoffe generierbaren farbverschiedenen Leuchtstoffkombinationen mit spektral einheitlichem Lumineszenzcode natürlich nicht auf die Zahl vier beschränkt ist. Zwischen den in den Fig. 2a und 3a dargestellten Farbkoordinaten 10 und 20 der zwei Einzelleuchtstoffe 1 und 2 ließen sich zahlreiche weitere Leuchtstoffkombinationen mit geringfügig abweichenden Farbkoordinaten platzieren. Auf diese Weise könnte bezüglich der Emissionsfarben der entsprechenden Sicherheitselemente ein nahezu kontinuierlicher Farbshift erzeugt werden, für den auch die Bezeichnungen Farbtuning oder Colortuning verwendet werden könnten.
  • Die Fig. 4 sowie die dazugehörigen Tabellen 3 und 4 veranschaulichen ein weiteres Beispiel für die Erstellung eines erfindungsgemäßen Codierungssystems auf der Grundlage von fünf einzelnen Modellleuchtstoffen, die ebenfalls singuläre Emissionen und Farbkoordinaten aufweisen, die in der CIE-Normfarbtafel wiederum auf einer Geraden liegen. Die für die Lumineszenz der ausgewählten Modellleuchtstoffe charakteristischen Daten sind in der Tab. 3 zusammengestellt. Die Maxima der Emissionswellenlängen dieser fiktiven Leuchtstoffe variieren von 545 bis 630 nm, die Halbwertbreiten wurden auch für dieses Ausführungsbeispiel auf 10 nm festgelegt.
  • Die numerischen Werte der x- und y- Farbkoordinaten der fünf ausgewählten Einzelleuchtstoffe sind ebenfalls der Tab. 3 zu entnehmen, andererseits sind sie unter Verwendung der einheitlichen Δ- Symbole mit den Bezeichnungen 10', 20', 30', 40', und 50' in der CIE-Normfarbtafel der Fig. 4a dargestellt. Tab. 3
    Emissionswellenlänqe Farbkoordinaten Halbwertbreite
    λmax/nm x y nm
    Einzelleuchtstoff 1' 545 0,267 0,722 10
    Einzelleuchtstoff 2' 560 0,374 0,623 10
    Einzelleuchtstoff 3' 578 0,499 0,500 10
    Einzelleuchtstoff 4' 600 0,625 0,374 10
    Einzelleuchtstoff 5' 630 0,707 0,293 10
  • Die deutlich erhöhte Anzahl der für die Bereitstellung der verschiedenfarbig emittierenden Leuchtstoffkombinationen mit spektral identischen Lumineszenzcodes ausgewählten Einzel-Modellleuchtstoffe und die auch daraus resultierenden geringeren spektralen Abstände zwischen den Emissionsmaxima dieser Leuchtstoffe führen im vorliegenden Ausführungsbeispiel zu einer stark ansteigenden Komplexität der Emissionsspektren und damit der auch der spektral identischen Lumineszenzcodes der unterschiedlichen, unter Einbeziehung aller modellmäßigen Einzelkomponenten erstellbaren Leuchtstoffkombinationen. Dies geht insbesondere aus den Fig. 4c bis 4j hervor, in denen die Emissionsspektren M'-1 bis M'-8 von insgesamt acht unterschiedlichen, beispielhaften Leuchtstoffmischungen zusammengestellt wurden. Die jeweils verwendeten Mischungsverhältnisse sind ebenso wie die numerischen Werte für die Farbkoordinaten der Leuchtstoffkombinationen in der Tab. 4 aufgeführt Tab. 4
    Mischunqsverhältnis/Stoffmenqenanteil % Farbkoordinaten
    MLS 1' MLS 2' MLS 3' MLS 4' MLS 5' x y
    Mischung M'-1 60 10 10 10 10 0,380 0,614
    Mischung M'-2 35 35 10 10 10 0,404 0,591
    Mischung M'-3 42 12 15 15 16 0,434 0,562
    Mischung M'-4 25 25 15 20 15 0,460 0,536
    Mischung M'-5 20 20 20 20 20 0,484 0,513
    Mischung M'-6 15 15 20 10 40 0,514 0,483
    Mischung M'-7 13 13 10 32 32 0,544 0,454
    Mischung M'-8 10 10 10 10 60 0,570 0,429
  • Aus der Fig. 4b ist ersichtlich, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht nur die Farbkoordinaten der fünf ausgewählten Modellleuchtstoffe, sondern naturgemäß auch die, der aus ihnen erstellten acht beispielhaften Leuchtstoffmischungen in der CIE-Normfarbtafel auf einer Geraden positioniert sind. Auf Grund der vergleichsweise geringen Halbwertbreiten der für die Simulationsrechnungen ausgewählten fiktiver Einzelleuchtstoffe liegt diese Gerade in der Nähe des grün-roten Randes des CIE-Diagrammes also in der Nähe des rechtsseitigen Spektralfarbenzuges der Normfarbtafel. Die durch die o-Symbole gekennzeichneten Farbkoordinaten der einzelnen, verschiedenfarbig lumineszierenden Leuchtstoffkombinationen M'-10 bis M'-80 liegen zudem sehr eng beieinander und weisen einen Farbshift bzw. ein Colortuning auf, der gemäß den in der Fig. 1 beschriebenen Farbzuweisungen im Gelbgrünen beginnt und über den gelben und den gelblich-orangenen Farbbereich schließlich in die orangefarbene Region wechselt.
  • Für die Auswahl der spektralen Positionen der für die Bereitstellung der erfindungsgemäß verschiedenfarbig emittierenden Leuchtstoffkombinationen erforderlichen Einzelleuchtstoffe gibt es im Sinne der Erfindung weder Einschränkungen noch Vorzugslösungen. Die Farbkoordinaten der Einzelleuchtstoffe müssen in der CIE-Normfarbtafel nicht notwendigerweise auf einer Geraden platziert sein; die Anzahl der einsetzbaren Komponenten und die spektralen Charakteristika, die sie aufweisen sollten, hängen beispielsweise vielmehr von den geplanten Anwendungsbedingungen der mit identischen spektralen Codes ausgestatteten, lumineszierenden Sicherheitselemente und vom zugelassenen Auswand für den sichere Echtheitsnachweis der mit diesen Sicherheitselementen ausgestatteten Sicherheits-und Wertdokumenten ab. Zu den Entscheidungen, die in diesem Zusammenhang zu treffen sind, gehören die über das Ausmaß der Komplexität des für alle Sicherheitselemente des jeweiligen Sicherheitsmerkmals charakteristischen spektral identischen Lumineszenzcodes sowie diejenige über den Farbbereich und die gewünschten Farbunterschiede in dem und mit denen die verschiedenfarbig im sichtbaren Spektralbereich lumineszierenden Sicherheitselemente vom Betrachter wahrgenommen werden sollen.
  • Diese Feststellungen werden im Folgenden anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die Fig. 5a, dass auch in diesem Beispiel für die Ausbildung der erfindungsgemäßen Leuchtstoffkombinationen fünf einzelne Modellleuchtstoffe 1" bis 5" ausgewählt wurden, deren Farbkoordinate aber über den gesamten sichtbaren Spektralbereich verteilt angeordnet sind. Anders ausgedrückt, wurden die Emissionsspektren der für die Simulationsrechnungen verwendeten fiktiven Einzelleuchtstoffe so konzipiert, dass ihre Farbkoordinaten praktisch die gesamte Fläche der Normfarbtafel in Form eines Oktaeders "aufzuspannen" scheinen.
  • Für die Halbwertbreiten wurden im Vergleich zu den vorher betrachteten Beispielen etwas größere Werte (15 nm) festgelegt. Diese Werte, die Maxima der Emissionslinien sowie die numerischen Angaben zu den Farbkoordinaten der fünf Modellleuchtstoffe sind in der Tab. 5 zusammengestellt. Tab. 5
    Emissionswellenlänge Farbkoordinaten Halbwertbreite
    λmax/nm X y nm
    Einzelleuchtstoff 1" 470 0,125 0,060 15
    Einzelleuchtstoff 2" 495 0,032 0,404 15
    Einzelleuchtstoff 3" 520 0,085 0,814 15
    Einzelleuchtstoff 4" 560 0,376 0,622 15
    Einzelleuchtstoff 5" 620 0,688 0,312 15
  • Wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden auch in vorliegenden Fall entsprechend der in der Tab. 6 wiedergegebenen Mischungsverhältnisse insgesamt acht unterschiedliche Leuchtstoffkombinationen berechnet, deren Emissionsspektren M"-1 bis M"-8 in den Fig. 5c bis 5j dargestellt sind. Diese Spektren enthalten wiederum jeweils alle fünf Emissionslinien bzw. Emissionsbanden der zur Erstellung der verschiedenfarbig lumineszierenden Leuchtstoffmischungen eingesetzten Einzelleuchtstoffe, wobei diese Spektren andererseits durch unterschiedliche Intensitätsverhältnisse gekennzeichnet sind.
  • Für die erfindungsgemäße Zuweisung eines einheitlichen Lumineszenzcodes, der auf der identischen spektralen Abfolge der vorhandenen Emissionslinien bzw. Emissionsbanden beruht, gibt es mehrere Optionen. Zum einen können natürlich alle fünf Emissionslinien bzw. Emissionsbanden in die Codezuweisung einbezogen werden, andererseits ist es aber auch möglich, eine geringere Anzahl der vorhandenen Lumineszenzsignale für die Codebildung auszuwählen. Im zuletzt genannten Fall wäre es dann auch möglich, den für den Echtheitsnachweis der mit den erfindungsgemäßen verschiedenfarbig lumineszierenden Sicherheitselementen ausgestatteten Sicherheits- und Wertdokumenten entscheidenden spektral identischen Lumineszenzcode in bestimmten zeitlichen Abständen zu wechseln. Tab. 6
    Mischungsverhältnis/Stoffmengenanteil % Farbkoordinaten
    MLS 1" MLS 2" MLS 3" MLS 4" MLS 5" x y
    Mischung M"-1 60 10 10 10 10 0,197 0,212
    Mischung M"-2 35 35 10 10 10 0.198 0,291
    Mischung M"-3 10 60 10 10 10 0,198 0,409
    Mischung M"-4 10 35 35 10 10 0,208 0,499
    Mischung M"-5 10 10 45 25 10 0,255 0,563
    Mischung M"-6 10 10 10 60 10 0,340 0,532
    Mischung M"-7 10 10 10 35 35 0,412 0,453
    Mischung M"-8 10 10 10 10 60 0,493 0,361
  • An dieser Stelle sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die Komplexität der erfindungsgemäßen, spektral identischen Lumineszenzcodes durch die Einbeziehung weiterer Einzelleuchtstoffe mit singulären Emissionslinien bzw. Emissionsbanden in die Erstellung der verschiedenfarbig emittierenden Leuchtstoffkombinationen oder aber durch die Verwendung von Einzelleuchtstoffen mit mehreren Emissionslinien oder Emissionsbanden weiter gesteigert werden kann. Gleichzeitig sei erneut darauf verwiesen, dass auch die unterschiedlichen Intensitätsverhältnisse der charakteristischen Emissionslinien bzw. Emissionsbande der einzelnen verschiedenfarbig lumineszierenden Sicherheitselemente eines entsprechenden Sicherheitsmerkmals als ein zusätzliches Kriterium für die Echtheitsverifizierung der mit ihnen ausgestatteten Sicherheits- und Wertdokumente verwendet werden können.
  • Eine wichtige Voraussetzung für die sichere Verifikation der erfindungsgemäß spektral identischen Lumineszenzcodes der verschiedenfarbig emittierenden Sicherheitselemente besteht darin, dass alle in die Codezuweisung einbezogenen Emissionslinien bzw. Emissionsbanden zumindest solchermaßen hohe Lumineszenzintensitäten aufweisen, dass sie unter den Bedingungen des zur Anwendung gelangenden Verifikationsverfahrens sicher detektiert werden können. Insbesondere im Falle hoher Detektionsgeschwindigkeiten gibt es erhöhte Anforderungen an die Mindestintensitäten der für die Codeausbildung ausgewählten Emissionssignale. In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde dieser Forderung dahingehend Rechnung getragen, dass für alle charakteristischen Emissionslinien oder Emissionsbanden der simulierten verschiedenfarbig lumineszierenden Leuchtstoffkombinationen eine Mindestintensität von 10 % der auf einen Wert von 100 relativen Einheiten festgelegten maximalen Intensitäten der in die Simulationsrechnungen einbezogenen Einzel-Modellleuchtstoffe festgelegt wurde.
  • Die Farbkoordinaten der für die ausgewählten Leuchtstoffkombinationen des zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiels berechneten Emissionsspektren weisen einen interessanten Verlauf auf. Wie aus der Fig. 5b hervorgeht, sind sie bogenförmig um den Weißlichtbereich der Normfarbtafel herum angeordnet, sodass die zugehörigen Emissionsfarben von blau über blaugrün, grün, gelbgrün und gelb bis in den orangefarbenen Bereich wechseln und somit praktisch die gesamte Regenbogenpalette umfassen.
  • Ein abschließendes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung beschreibt die auf der Verwendung realer Leuchtstoffe beruhende Konfigurierung verschiedenfarbig emittierender Sicherheitselemente mit spektral identischen Lumineszenzcodes. Bei den hierfür ausgewählten drei realen Einzelleuchtstoffen handelt es sich um Tb3+-, Dy3+- sowie um Eu3+-aktivierte anorganische Luminophore mit oxysulfidischen bzw. Vanadat-Grundgittern. Die bei einer vorgegebenen Anregung im UV- B-Bereich (313 nm-Anregungsquelle) gemessenen Emissionsspektren 1‴, 2‴ und 3‴ dieser drei Leuchtstoffe sind in den Fig. 6 a bis Fig. 6c dargestellt. Die Emissionsmaxima und die numerischen Daten der Farbkoordinaten der Leuchtstoffe sind der Tab. 7 zu entnehmen, die Fig. 7a zeigt die Positionierung dieser Farbkoordinaten in der CIE-Normfarbtafel. Tab. 7
    Emissionswe llenlänge Farbkoordinaten
    λmax/nm X y
    Einzelleuchtstoff 1‴ (realer Leuchtstoffe) 544,3 0,384 0,564
    Einzelleuchtstoff 2‴ (realer Leuchtstoffe) 574,2 0,400 0,440
    Einzelleuchtstoff 3‴ (realer Leuchtstoffe) 619,9 0,656 0,336
  • Auf der Grundlage der Emissionsspektren der beschriebenen realen Leuchtstoffkomponenten wurden gemäß der in der Tab. 8 aufgeführten Mischungsverhältnisse erneut acht beispielhafte Leuchtstoffkombinationen berechnet, deren Emissionsspektren in den Fig. 7c bis 7j dargestellt sind und deren Emissionsfarben gemäß Fig. 7b einen Farbshift aufweisen, der den gelbgrünen mit dem orangefarbenen Bereich der CIE-Normfarbtafel verbindet, Tab. 8
    Mischungsverhältnis/ Stoffmengenanteil % Farbkoordinaten
    LS 1‴ LS 2‴ LS 3‴ x y
    Mischung M‴-1 80 10 10 0,382 0,529
    Mischung M‴-2 60 20 20 0,414 0,494
    Mischung M‴-3 40 30 30 0,446 0,461
    Mischung M‴-4 30 30 40 0,474 0,440
    Mischung M‴-5 25 25 50 0,501 0,424
    Mischung M‴-6 20 20 60 0,529 0,408
    Mischung M‴-7 15 15 70 0,558 0,391
    Mischung M‴-8 10 10 80 0,589 0,374
  • Obwohl für die Erstellung der acht verschiedenfarbig lumineszierenden Leuchtstoffkombinationen lediglich drei reale Einzelleuchtstoffe verwendet wurden, weisen Emissionsspektren der erzeugten Mischungen eine hohe Anzahl von unterschiedlichen Emissionslinien auf. Wie die Fig. 6a bis 6c zeigen, ist dies ursächlich vor allem darauf zurückzuführen, dass die drei ausgewählten Einzelleuchtstoffe ja neben den mit Wellenlängenangaben gekennzeichneten Hauptemissionslinien bereits mehrerer weitere charakteristische Emissionslinien aufweisen, die zum Teil sehr eng beieinanderliegen oder sich sogar überlappen. Daraus ergeben sich zahlreiche Möglichkeiten für die Zuweisung eines für alle entsprechenden Sicherheitselemente spektral identischen Lumineszenzcodes, die nicht nur die jeweiligen Hauptemissionslinien der zur Erstellung Leuchtstoffkombinationen verwendeten realen Einzelleuchtstoffe, sondern auch die unterschiedlichen Nebenlinien einschließen können. Gleichzeitig muss insbesondere im Fall von spektral sehr eng beieinanderliegenden Emissionslinien abgewogen werden, ob das spektrale Auflösungsvermögen der für den konkreten Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Codierungssystems vorgesehene Detektionseinrichtung ausreicht, eine sicherere Verifizierung dieser Linien zu gewährleisten.
    • Bezugszeichenliste
  • (erster) Einzelleuchtstoff 1, 1',1",1‴
    (zweiter) Einzelleuchtstoffe 2, 2',2",2‴
    (dritter) Einzelleuchtstoffe 3, 3',3",3‴
    (vierter) Einzelleuchtstoffe 4, 4',4",4‴
    (fünfter) Einzelleuchtstoffe 5, 5',5",5‴
    Farbkoordinaten von Einzelleuchtstoff 1,1',1",1‴ 10, 10', 10", 10‴
    Farbkoordinaten von Einzelleuchtstoff 2,2',2",2‴ 20, 20', 20", 20‴
    Farbkoordinaten von Einzelleuchtstoff 3,3',3",3‴ 30, 30', 30", 30‴
    Farbkoordinaten von Einzelleuchtstoff 4,4',4",4‴ 40, 40', 40", 40‴
    Farbkoordinaten von Einzelleuchtstoff 5,5',5",5‴ 50, 50', 50", 50‴
    Erste Leuchtstoffkombination M-1, M'-1, M"-1, M‴-1
    Zweite Leuchtstoffkombination M-2, M'-2, M"-2, M‴-2
    Dritte Leuchtstoffkombination M-3, M'-3, M"-3, M‴-3
    Vierte Leuchtstoffkombination M-4, M'-4, M"-4, M‴-4
    Fünfte Leuchtstoffkombination M-5, M'-5, M"-5, M‴-5
    Sechste Leuchtstoffkombination M-6, M'-6, M"-6, M‴-6
    Siebte Leuchtstoffkombination M-7, M'-7, M"-7, M‴-7
    Achte Leuchtstoffkombination M-8, M'-8, M"-8, M‴-8
    Farbkoordinaten einer ersten Leuchtstoffkombination M-10, M'-10, M"-10, M"-10
    Farbkoordinaten einer zweiten Leuchtstoffkombination M-20, M'-20, M"-20, M‴-20
    Farbkoordinaten einer dritten Leuchtstoffkombination M-30, M'-30, M"-30, M‴-30
    Farbkoordinaten einer vierten Leuchtstoffkombination M-40, M'-40, M"-40, M‴-40
    Farbkoordinaten einer fünften Leuchtstoffkombination M-50, M'-50, M"-50, M‴-50
    Farbkoordinaten einer sechsten Leuchtstoffkombination M-60, M'-60, M"-60, M‴-60
    Farbkoordinaten einer siebten Leuchtstoffkombination M-70, M'-70, M"-70, M‴-70
    Farbkoordinaten einer achten Leuchtstoffkombination M-80, M'-80, M"-80, M‴-80

Claims (15)

  1. Codierungssystem zum Ausbilden eines Sicherheitsmerkmals in oder an einem oder mehreren Sicherheits- oder Wertdokumenten, mit
    - mindestens zwei Einzelleuchtstoffen (1, 2), und
    - mindestens drei, mit den mindestens zwei Einzelleuchtstoffen (1,2) gebildeten, Leuchtstoffkombinationen (M-1, M-2, M-3), wobei
    - die mindestens drei Leuchtstoffkombinationen (M-1, M-2, M-3) in Form von mindestens drei lumineszierenden Sicherheitselementen für das Sicherheitsmerkmal in oder an dem einem oder den mehreren Sicherheits- oder Wertdokumenten auf- oder angebracht sind, und
    - die mindestens drei Leuchtstoffkombinationen (M-1, M-2, M-3), jeweils im nicht-sichtbaren Spektralbereich anregbar sind und nach Anregung im sichtbaren Spektralbereich emittieren, wobei
    - jede der mindestens drei Leuchtstoffkombinationen (M-1, M-2, M-3) durch ein Emissionsspektrum mit mehreren individuellen Emissionslinien und/oder Emissionsbanden charakterisiert ist, und
    wobei
    - jede der mindestens drei Leuchtstoffkombinationen (M-1, M-2, M-3) eine identische spektrale Abfolge der Emissionslinien und/oder Emissionsbanden aufweist, wobei die Intensitätsverhältnisse der Emissionslinien und/oder Emissionsbanden verschieden sind,
    - jedem der mindestens drei lumineszierenden Sicherheitselemente ein einheitlicher spektraler Code zugeordnet, wobei der Code durch die spektrale Abfolge der Emissionslinien und/oder Emissionsbanden gebildet wird, und wobei
    - die mindestens drei lumineszierenden Sicherheitselemente des Sicherheitsmerkmals bei Anregung unterschiedliche Farbkoordinaten (M-10, M-20, M-30) in einem CIE-Normfarbsystem aufweisen, so dass sie unterschiedliche Farbeindrücke bei einem Betrachter hervorrufen.
  2. Codierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Einzelleuchtstoff zur Bildung weiterer Leuchtstoffkombinationen und Ausbildung weiterer lumineszierender Sicherheitselemente mit gleichem spektralen Code vorgesehen ist.
  3. Codierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbkoordinaten der lumineszierenden Sicherheitselemente über ein Mischungsverhältnis der Einzelleuchtstoffe für die Leuchtstoffkombinationen eingestellt werden.
  4. Codierungssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Einzelleuchtstoffe einen organischen Leuchtstoff aufweist.
  5. Codierungssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Einzelleuchtstoffe einen anorganischen Leuchtstoff aufweist.
  6. Codierungssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl anorganische als auch organische Einzelleuchtstoffe unterschiedlicher Korngröße sowie entsprechende Leuchtstoffkombinationen verwendet werden.
  7. Codierungssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelleuchtstoffe durch gezielte Substitutionen im Leuchtstoffgitter modifiziert werden, so dass diese ein exklusives Emissionsspektrum aufweisen.
  8. Codierungssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelleuchtstoffe in einem oder mehreren ultravioletten Wellenlängenbereiche, nämlich bei Wellenlängen zwischen 380 nm und 315 nm (UV-A) und/oder bei Wellenlängen zwischen 315 nm und 280 nm (UV-B) und/oder bei Wellenlängen zwischen 280 nm und 200 nm (UV-C), anregbar sind.
  9. Codierungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lumineszierenden Sicherheitselemente des Sicherheitsmerkmals bei mindestens zwei im ultravioletten Spektralbereich einstellbaren Anregungsbedingungen, also im UV-A und/oder im UV-B und/oder im UV-C-Spektralbereich, als verschiedenfarbig wahrgenommen werden.
  10. Codierungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die lumineszierenden Sicherheitselemente des Sicherheitsmerkmals bei jeder der vorgegebenen Anregungen im UV-A-, UV-B- oder UV-C-Spektralbereich unterschiedliche Farbkoordinaten in einem CIE-Normfarbsystem aufweisen, so dass die lumineszierenden Sicherheitselemente unterschiedliche Farbeindrücke bei dem Betrachter hervorrufen
  11. Codierungssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelleuchtstoffe im Infraroten Wellenlängenbereich, nämlich bei Wellenlängen zwischen 950 nm und 980 nm, anregbar sind.
  12. Codierungssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maxima der individuell ausgezeichneten Emissionslinien und/oder Emissionsbanden der Einzelleuchtstoffe und/oder Leuchtstoffkombinationen nur wenige Nanometer voneinander beabstandet sind, nämlich einen Abstand von weniger als 10 nm,oder bevorzugt von weniger als 5 nm, oder noch mehr besonders von weniger als 3 nm aufweisen.
  13. Codierungssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelleuchtstoffe eine im Wesentlichen gleiche oder ähnliche Alterungsbeständigkeit aufweisen.
  14. Sicherheitsmerkmal in oder an einem oder mehreren Sicherheits- oder Wertdokumenten, umfassend:
    - mindestens drei lumineszierenden Sicherheitselementen für das Sicherheitsmerkmal in oder an dem einem oder den mehreren Sicherheits- oder Wertdokumenten auf- oder angebracht sind, wobei
    - den mindestens drei lumineszierenden Sicherheitselementen ein spektral identischer Code gemäß dem Codierungssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche zugeordnet ist.
  15. Sicherheits- oder Wertdokument umfassend ein Sicherheitsmerkmal nach Anspruch 14.
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