EP3967508B1 - Optically variable security element - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an optically variable security element for protecting objects of value, whose surface area defines a z-axis perpendicular thereto, with a reflective surface area.
- the invention also relates to a method for producing such a security element and to a data carrier equipped with such a security element.
- Data carriers such as value or ID documents, but also other valuables, such as branded items, are often provided with security elements for protection, which allow the authenticity of the data carrier to be checked and which at the same time serve as protection against unauthorized reproduction.
- the security elements can be designed, for example, in the form of a security thread embedded in a banknote, a cover film for a banknote with a hole, an applied security strip, a self-supporting transfer element or also in the form of a feature area printed directly onto a document of value.
- Security elements with a viewing angle-dependent or three-dimensional appearance play a special role in authenticity protection, as these cannot be reproduced even with the most modern copiers.
- the security elements are equipped with optically variable elements that give the viewer a different image impression from different viewing angles and, for example, show a different color or brightness impression and/or a different graphic motif depending on the viewing angle.
- the optically variable effects are, for example, movement effects, Described pump effects, depth effects or flip effects, which are realized with the help of holograms, microlenses or micromirrors.
- optically variable security elements were proposed which have two relief structures arranged at different height levels and each provided with a color coating (see Fig DE 10 2018 009912 A1 , EP 3 466 711 A1 , 2020/011390 A1 , WO 2020/011391 A1 and WO 2020/011391 A2 ).
- the invention is based on the object of proposing an optically variable security element of the generic type with an attractive appearance and high protection against forgery, which should also be simple and inexpensive to produce.
- security elements with two or more different appearances or effects in different colors should in particular be able to be produced with a few work steps.
- the security elements should ideally be able to be produced with a small layer thickness in order to facilitate incorporation or application in security documents and documents of value.
- the invention contains an optically variable security element with a reflective surface area, which can be used in particular to protect valuables.
- the surface extent of the security element defines a plane and a z-axis perpendicular to the surface.
- the reflective surface area contains a primary structure in the form of a first embossing lacquer layer with a first embossed relief structure.
- the first embossing lacquer layer is partially covered by a secondary structure, so that there are covering areas with a secondary structure and free areas without a secondary structure on the first embossing lacquer layer.
- the primary structure and the secondary structure are provided with a common reflection-enhancing coating, so that the reflection-enhancing coating is arranged in the overlapping areas on the secondary structure and in the free areas on the primary structure.
- the reflection-increasing coating contains a layer of a phase change material, which produces a different color impression and/or a different reflectivity of the coating in the crystalline and amorphous material state.
- the phase change material is present--in at least one section--in an amorphous material state in the overlapping areas and in a crystalline material state in the free areas, or conversely is present in a crystalline material state in the overlapping areas and in an amorphous material state in the free areas.
- the two material states of the phase change material are also referred to in this description as defined material states of the phase change material.
- the material state of a phase change material can be changed by the action of heat, in particular by the action of heat associated with the absorption of radiation, ie change from one of the defined material states to the other defined material state. In concrete terms, this means that a phase change material that is in the crystalline state, which changes to the amorphous state, or that a phase change material that is in the amorphous state changes to the crystalline state.
- the reflection-increasing coating advantageously contains Ge x Sb y Te z or Ag x In y Sb z Te w , in particular Ge 2 Sb 2 Te 5 or Ag 3 In 4 Sb 76 Te 17 , as phase change material.
- phase change material such as VO x , NbO x , GeTe, GeSb, GaSb, InSb, InSbTe, InSe, SbTe, TeGeSbS, AgSbSe, SbSe, GeSbMnSn, AgSbTe, AuSbTe, or AlSb can also be used within the scope of the invention.
- the phase change material is preferably present in the reflection-increasing coating as an effect layer with a layer thickness between 1 nm and 60 nm, in particular between 3 nm and 30 nm.
- the reflection-increasing coating is designed to follow the relief profile of the relief structure of the first embossing lacquer layer.
- the reflection-increasing coating advantageously forms a multilayer interference layer element whose different color impression is created by a different refractive index of the phase change material contained in the crystalline and amorphous states.
- the interference layer element can, in particular, be designed to be reflective and, for this purpose, contain a mirror layer, in particular a metal layer, for example made of aluminum.
- the interference layer element contains an optional barrier layer, an effect layer made from the phase change material mentioned, a dielectric layer and a mirror layer.
- the interference layer element therefore preferably has exactly three, at least three or more than three sub-layers.
- the interference layer element comprises five (or six, barrier layer) partial layers, for example absorber, dielectric, reflector (or absorber), dielectric and absorber, wherein one or more of the absorber partial layers can be present as phase change material.
- the difference in refractive index of the phase change material in the crystalline and amorphous states is expediently greater than 0.2, in particular greater than 0.4 or even greater than 0.6.
- the refractive index difference is determined for a given wavelength range with a size of at least 50 nm.
- the predetermined wavelength range is in the visible light range and more preferably has a size of 100 nm or 150 nm there and preferably corresponds to the visible light range.
- the reflective surface area shows at least two appearances recognizable from different viewing directions.
- the secondary structure is formed by a second embossing lacquer layer with a second embossed relief structure that differs from the first relief structure, and the two embossed relief structures are arranged at different levels in the z-direction and form a lower-lying and a higher-lying relief structure.
- the reflection-increasing coating follows the relief profile of the relief structure of the first and second embossing lacquer layer.
- the secondary structure is formed by an imprint, an etching mask or a washed-in color area.
- Classic printing methods such as offset printing, relief printing, indirect relief printing, flexographic printing, gravure printing or screen printing, but also digital printing methods such as ink-jet printing, laser printing, Thermal sublimation printing, thermal transfer printing, or indirect ink jet printing such as nanoprinting can be used.
- the imprint can be colorless or coloured, can be transparent, translucent or opaque and can also contain luminescent substances, IR-absorbing substances, magnetic substances or other machine-readable feature substances.
- the phase change material does not necessarily have to be a component of an interference layer element.
- the different refractive indices of the amorphous or crystalline phase can also be used to produce other regional changes in the color impression and/or the reflectivity of the reflection-enhancing coating.
- the secondary structure is colorless and transparent in the visible spectral range and contains an absorber or reflector for a wavelength range lying outside the visible spectral range.
- the secondary structure preferably represents the named second embossing lacquer layer with the second relief structure and forms the underlying relief structure of the security element.
- the secondary structure in another, likewise advantageous configuration of the security element, provision is made for the secondary structure to contain an absorber or reflector which acts in the visible spectral range.
- the secondary structure preferably represents the named second embossing lacquer layer with the second relief structure and forms the higher-lying relief structure of the security element.
- the first embossing lacquer layer can be colorless or specifically colored.
- the second embossing lacquer layer optionally forming the secondary structure can also be colorless or specifically colored in order to achieve a desired color effect of the security element together with the reflection-increasing coating.
- Colored embossing lacquer layers are preferably provided with a translucent color or achromatic color. However, other configurations are also expedient in which one or both embossing lacquer layers are colored with a luminescent color or a nanoparticle color.
- the first relief structure and/or the second relief structure optionally forming the secondary structure are formed by micromirror arrangements with specularly reflecting micromirrors, in particular with non-diffractive mirrors, and preferably with planar mirrors, concave mirrors and/or Fresnel-like mirrors.
- the lateral dimensions of the micromirrors are expediently below 50 ⁇ m, advantageously below 20 ⁇ m, preferably around 10 ⁇ m, ie between 7 ⁇ m and 13 ⁇ m.
- the lateral dimensions of the micromirrors are also above 2 ⁇ m, in particular above 3 ⁇ m or even above 5 ⁇ m.
- the pitch of the micromirrors is preferably less than 10 ⁇ m, preferably less than 5 ⁇ m.
- embossed relief structures in particular Fresnel lenses, concave mirrors, hologram structures, nanostructures or diffractive blazed gratings can also be used instead of micromirrors.
- achromatic diffraction gratings so-called matte structures, which essentially reflect white light, can also be used.
- the relief structures can at least the second Relief structure also have sub-wave structures, in particular sub-wavelength gratings, which, in combination with the respective reflection-enhancing layer, determine or at least co-determine its color.
- the first relief structure is advantageously designed and configured to exhibit a first optically variable effect in a first color
- the second relief structure is designed and configured to exhibit a second optically variable effect in a second, different color show.
- the overlapping areas and free areas are designed as a regular or irregular grid with grid elements and grid gaps, at least in a partial area of the surface area, with the dimensions of the grid elements and grid gaps in one or both lateral directions being less than 140 ⁇ m, preferably between 20 ⁇ m and 100 microns, in particular between 20 microns and 60 microns.
- the security element advantageously shows an appearance when tilted or a corresponding change in the viewing direction that suddenly jumps from a first to a second appearance (or when tilted back from the second to the first appearance).
- the displayed motif e.g. a value number or a coat of arms
- the color e.g. magenta, green or blue
- Such an appearance that changes seamlessly between two different motifs with two different colors is referred to as a binary color and effect change.
- the grid formed by the overlapping areas and free areas advantageously has a constant area coverage by the grid elements, which is expediently between 30% and 70%, preferably between 40% and 60%, in particular around 50%.
- the overlapping areas and free areas are formed as an effect area at least in a partial area of the surface area, in which the overlapping areas and/or the free areas have lateral dimensions of more than 140 ⁇ m.
- the security element preferably shows two different effects (for example a three-dimensional motif and a movement effect such as a moving bar), which appear in two different colors.
- the areas with different color impressions and different effects are registered exactly to one another, which is also referred to below as color-to-effect registration.
- At least one overlapping area and/or at least one free area is advantageously formed with lateral dimensions of more than 250 ⁇ m, preferably more than 500 ⁇ m and in particular more than 1 mm.
- the reflection-increasing coating is formed over the entire surface and without cutouts.
- negative identifiers can also be provided in the security element, which are formed by gaps in the reflection-increasing coating are.
- the negative indicators can form text, symbols or value numbers, for example.
- the phase change material of the common reflection-increasing coating can be present in the described area-dependent material state in the at least one section of the security element, ie in exactly one section, in several sections or completely.
- the section can, for example, comprise one or more of the partial areas and/or recesses mentioned.
- the security element can have been irradiated completely or only selectively in the section(s), the secondary structure present only in certain areas also having acted as an exposure mask.
- the described reflective surface area of the security element can be combined with other security features, for example with holograms, in particular true-color holograms, with sub-wavelength gratings or other sub-wavelength structures, with micromirror arrangements without diffractive gratings, or with machine-readable security features that are based on special material properties such as electrical conductivity, magnetic properties, Luminescence, fluorescence or the like are based.
- the optically variable security element can contain further layers, such as a protective, covering or an additional functional layer, a primer layer or a heat-sealing lacquer layer.
- a protective, covering or an additional functional layer such as a primer layer or a heat-sealing lacquer layer.
- the invention also includes a data carrier with a security element of the type described.
- the data carrier can in particular be a document of value, such as a banknote, in particular a paper banknote, a polymer banknote or a foil composite banknote, a share, a bond, a certificate, a voucher , a check, a premium ticket, but also an identification card, such as a credit card, a bank card, a cash card, an authorization card, an ID card or a passport personalization page.
- the phase change material can be exposed in particular to UV radiation, radiation from the visible spectral range or IR radiation.
- UV radiation radiation from the visible spectral range
- IR radiation radiation from the visible spectral range
- the secondary structure is colorless and transparent in the visible spectral range and contains an absorber or reflector for a spectral range lying outside the visible spectral range, and the effect layer of the phase change material is exposed to radiation in this spectral range lying outside the visible spectral range, in particular with UV -Radiation or near or medium IR radiation is applied.
- the secondary structure contains an absorber that acts in the visible spectral range, and the effect layer of the phase change material is exposed to radiation from this visible spectral range.
- step A2) a second embossing lacquer layer is applied to the first embossing lacquer layer as a secondary structure, and that between step A2) and step R1) in a step P2) a second embossing lacquer layer is inserted into the second embossing lacquer layer, differing from the relief structure differentiating the first relief structure is embossed, so that the first relief structure and the second relief structure are arranged at different height levels in the z-direction relative to the carrier.
- the radiation can be applied with a powerful lamp, preferably a laser source is used.
- figure 1 shows a schematic representation of a banknote 10 with an optically variable security element 12 according to the invention in the form of an adhesively bonded transfer element.
- the invention is not limited to transfer elements and banknotes, but can be used with all types of security elements, for example labels on goods and packaging or to protect documents, ID cards, passports, credit cards, health cards and the like.
- transfer elements such as patches with or without their own carrier layer
- security threads or security strips are also considered.
- the security element 12 applied to the banknote 10 is itself very flat, but nevertheless gives the viewer the three-dimensional impression of a motif 14 apparently arching out of the plane of the banknote 10 and appearing in a first color.
- the motif 14 can represent, for example, a denomination, a portrait or some other graphic motif.
- a movement effect in a second color is visible in a partial area 16 within the motif 14 .
- a bright bar can move back and forth along the curved partial area 16 and produce a so-called rolling bar effect.
- the areas with different colors (first and second color) and different effects (three-dimensional motif or running bar) are precisely matched to each other. This registration is also referred to below as color-to-effect registration.
- FIG figures 2 and 3 schematically a section of the security element 12 applied to the bank note 10 in cross section and 3 show various intermediate steps in the production of the security element 12.
- the security element 12 contains a flat, transparent, colorless carrier 18, for example a transparent, colorless PET film, the surface extent of which defines an xy plane and a z-axis perpendicular thereto.
- a multicolored reflective surface area is arranged on the carrier 18 and contains an embossed structure area with two micromirror embossings 24, 34 at two different height levels.
- the first embossing lacquer layer 22 is partially covered by a secondary structure in the form of a second embossing lacquer layer 32 with a second embossed relief structure 34 with micromirror embossing, so that on the first embossing lacquer layer 22 there are covering areas 66 with a second embossing lacquer layer 32 and free areas 64 without a second embossing lacquer layer.
- the second embossing lacquer layer is transparent and colorless in the visible spectral range, but contains an absorber 38 for IR radiation with a wavelength of approximately 10 ⁇ m, as explained in more detail below.
- the base areas of the micromirrors of the second embossed area 34 lie at a second, greater height above the carrier 18, the height and the direction of the positive z-axis starting from the carrier 18 being specified. Since the security element 12 of the embodiment of figures 2 and 3 is designed to be viewed from the side of support 18, the z-axis is shown extending 2 down away from the wearer.
- micromirror embossings or micromirror arrangements 24, 34 each contain a large number of micromirrors which are inclined relative to the xy plane and whose local angles of inclination are selected in such a way that the relief structures of the micromirror embossings 24, 34 interact with the color effect of the reflection-enhancing coating 40 described below to have a desired create visual appearance.
- the angles of inclination of the micro-mirror in the embodiment are chosen so that the micro-mirror arrays 24, 26 the bulging three-dimensional Impression of the subject 14 and the rolling bar effect of the portion 16 produce.
- the micromirrors of the micromirror embossings 24, 34 have a lateral dimension of 10 ⁇ 10 ⁇ m 2 and a maximum height of 3.5 ⁇ m.
- the height offset related to the base areas can be 6 ⁇ m, for example.
- the two micromirror arrays 24, 34 are provided with a common reflection-increasing coating 40, which follows the relief profile of the embossing lacquer layer 22 or 32, and which lies on the second embossing lacquer layer 32 in the overlapping areas 66 and on the first embossing lacquer layer 22 in the free areas 64 .
- the reflection-increasing coating 40 forms a multilayer interference layer element, which in the exemplary embodiment consists of the embossing lacquer layers of a 5 to 30 nm thick barrier layer 42 made of SiO 2 , a 3 to 30 nm thick effect layer 44 of a phase change material, a 50 to 500 nm thick dielectric layer 46 made of SiO 2 and a 10 to 50 nm thick mirror layer 48 consists of aluminum.
- GeSbTe or AgInSbTe can be used as the phase change material.
- the phase change material is present in the amorphous state 44-A in the overlapping regions 66, while it is present in the free regions 64 in the crystalline state 44-K.
- the phase change material has a different refractive index in the crystalline and amorphous state, so that the color impression of the interference layer element differs depending on the material state of the phase change material contained.
- the interference layer element formed by layers 42, 44-A/44-K, 46, 48 therefore appears in the overlapping areas 66 with a first color impression and in the free areas 64 with a second, different color impression.
- the difference in the refractive indices in the crystalline and amorphous state of the phase change material is typically more than 0.2, so that a significantly different color impression results in the overlapping areas 66 and the free areas 64 .
- the viewer 50 Since the presence of the different material states of the phase change material is precisely aligned with the boundaries of the micromirror arrays of the overlapping areas 66 and the free areas 64, the viewer 50 has a perfect registration of the different effects produced by the micromirrors and the different color impressions produced by the phase change material.
- the two micromirror arrangements 24, 34 are arranged directly adjacent to one another in the surface area of the security element 12, with an overlapping area 66 being formed, for example, by a 5 mm wide and 2 cm long curved strip within a surface area measuring 2.5 ⁇ 2.5 cm 2 .
- the observer looks through the two transparent embossing lacquer layers 22, 32 onto the micromirror arrangement 34 lying deeper, in which the phase change material in its amorphous Phase with refractive index n A is present, so that the reflective interference layer element 42/44-A/46/48 appears with a first color impression.
- the observer looks only through the first transparent embossing lacquer layer 22 onto the higher-lying micromirror arrangement 24, in which the phase change material in its crystalline phase with refractive index n K , with
- a transparent carrier 18, for example a transparent, colorless PET film is provided and provided with a primary structure in the form of a first, transparent and colorless embossing lacquer layer 22.
- the micromirror embossing 24 that produces the desired motif 14 of the security element 12 is embossed into the first embossing lacquer layer 22 using an embossing tool that is not shown itself.
- the embossing varnish layer 22 is then hardened.
- a secondary structure in the form of a second embossing lacquer layer 32 is printed onto the first embossing lacquer layer 22 using a printing cylinder (not shown) in the desired overlapping area 66 of the running bar, as shown in FIG 3(b) shown.
- the second embossing lacquer layer 32 contains an absorber 38 for the infrared radiation of a CO 2 laser at 10.6 ⁇ m, but is transparent and colorless in the visible spectral range.
- the second embossing lacquer layer 32 is then provided with the micromirror embossing 34 that produces the rolling bar effect using an embossing tool that is not shown itself. If a UV embossing varnish is used, the embossing varnish layer 32 is then hardened.
- a multi-layer reflection-increasing coating 40' is then applied over the entire surface of the overall relief structure formed in this way, which is formed by the first relief structure 24 of the first embossing lacquer layer 22 and the second relief structure 34 of the second embossing lacquer layer 32 lying in the overlapping region 66 above the first embossing lacquer layer 22 .
- a 5 to 30 nm thick SiO 2 layer 42 is first applied, which serves as a barrier layer.
- a 50 to 500 nm thick SiO 2 layer is applied as a dielectric layer 46 and a 10 to 50 nm thick aluminum mirror layer 48 is applied.
- the structural side of the coated overall relief structure is then provided with a lacquer coating 36 and optionally further coatings and thereby the layer structure itself is completed, as in 3(d) shown.
- the color effect of the applied reflection-increasing coating 40' is the same in this state in the overlapping area 66 and in the free area 64 and is essentially determined by the refractive index n A of the phase change material of the interference layer element formed.
- the reflection-increasing coating 40' is now exposed to the full surface of the infrared radiation 60 from a CO 2 laser with a wavelength of 10.6 ⁇ m from the side of the carrier film 18, as in FIG 3(e) shown.
- the phase change material of the layer 40' is crystallized by the heat generated by the IR radiation 60 and thereby converted into the crystalline phase 44-K with a refractive index nK .
- the radiation 60 is absorbed by the IR absorber 38 of the second embossing lacquer layer 32 and therefore does not reach the phase change material of the layer 40′—the phase change material remains there in the amorphous state with a refractive index n A .
- the second embossing lacquer layer 32 with the contained IR absorber acts in this way as an exposure mask for the IR radiation 60, the conversion of the amorphous into the crystalline phase of the phase change material takes place in perfect register with the shape and position of the overlapping area 66 and the free area 64 instead of.
- the anti-reflective coating 40 formed by the exposure and conversion step contains two portions of different refractive index of the phase change material and hence different color effect of the coating, which are in perfect register with the mold and location of micromirror embossings 24,34.
- the color effect of the coating 40 is still determined by the refractive index n A of the amorphous phase change material in the interference layer stack 42/44-A/46/48, while in the free area 64 the color effect of the coating 40 is determined by the refractive index n K of the crystalline phase change material in the interference layer stack 42/44-K/46/48.
- the finished security element 12 therefore shows the color-to-effect registration described above.
- an embossing lacquer layer 32 without an absorber can also be used - for this purpose, the layer thicknesses of the embossing lacquer layer 22 and the embossing lacquer layer 32 can be matched in such a way that the absorption of the embossing lacquer itself, which increases exponentially with the layer thickness, is sufficient on the one hand to cause a conversion of the phase change material to bring about a lower overall layer thickness in the free area 64, and on the other hand to exclude a walling in the overlapping area 66 due to the higher absorbing layer thickness.
- phase change material can also be converted by exposure to radiation of a different wavelength, in particular to IR radiation, visible light or UV radiation. It is only necessary to ensure a sufficiently strong discrimination between the radiation transmission inside and outside of the overlapping area 66 in order to bring about a selective conversion of the phase change material only outside of the overlapping area 66 .
- FIGS. 4 and 5 illustrate a further exemplary embodiment of the invention with an inverted layer structure, in which the view is not through the carrier film but from the opposite side of the embossed structures done here.
- the second embossing lacquer layer can be provided with an absorber that absorbs what is visible, since this embossing lacquer layer cannot be seen through when viewed.
- figure 4 shows schematically a section of a finished security element 70 according to this variant of the invention, while figure 5 shows various intermediate steps in the production of the security element 70.
- the security element 70 contains a flat, transparent and colorless carrier 18, whose surface extent defines an xy plane and a z-axis perpendicular thereto. As with the design of the figures 2 and 3 a multicolored reflective surface area is arranged on the carrier 18, which contains an embossed structure area with two micromirror embossings 24, 34 at two different height levels.
- a first embossed area 24, which forms the above-mentioned primary structure, is given by micromirror embossings, which are embossed in a first transparent embossing lacquer layer 22 applied to the carrier 18 and whose base areas lie at a first height above the carrier 18.
- the first embossing lacquer layer 22 is partially covered by a second embossing lacquer layer 72 with a secondary structure in the form of a second embossed relief structure 34 with micromirror embossing, so that on the first embossing lacquer layer 22 there are covering areas 66 with a second embossing lacquer layer 72 and free areas 64 without a second embossing lacquer layer.
- the second embossing lacquer layer 72 contains an absorber for UV or blue light, which appears blue/violet in the visible spectral range.
- the bases of the micromirrors of the second embossing area are at a second, greater height above the carrier 18, the height and the direction is measured starting from the carrier 18 along the positive z-axis. Since the security element 70 of the embodiment of Figures 4 and 5 viewed from the top, ie the side of the micromirror embossings 24, 34, the z-axis extends in the illustration 4 up away from the wearer.
- the embossed micromirrors or micromirror arrangements 24, 34 each contain a large number of micromirrors which are inclined relative to the xy plane and whose local angles of inclination are selected in such a way that the relief structures of the embossed micromirrors 24, 34 interact with the color effect of the reflection-increasing coating 80 create a desired visual appearance.
- the angle of inclination of the micromirrors can again be chosen such that the micromirror arrangements 24, 26 produce the arched three-dimensional impression of the motif 14 and the rolling bar effect of the partial area 16.
- the sizes and heights of the micromirrors can be as in the design of the figures 2 and 3 be elected.
- the two micromirror arrays 24, 34 are provided with a common reflection-increasing coating 80, which follows the relief pattern of the relief structure of the embossed lacquer layer 22 or 72, and which is arranged in the overlapping areas 66 on the second embossed lacquer layer 72 and in the free areas 64 on the first embossed lacquer layer 22 .
- the reflection-enhancing coating 80 forms a multilayer interference layer element, but with the layer order reversed.
- the reflection-increasing coating 80 consists of a 10 to 50 nm thick aluminum mirror layer 82, a 50 to 500 nm thick Dielectric layer 84 made of SiO 2 , a 3 to 30 nm thick effect layer 86 of a phase change material and a 5 to 30 nm thick barrier layer 88 made of SiO 2 .
- GeSbTe or AgInSbTe can be used as phase change material.
- the coated micromirror arrays are leveled with a transparent lacquer layer 36 .
- the phase change material is in an amorphous form 86-A with a refractive index n A , while in the free region 64 it is in a crystalline state 86-K with a refractive index n K , with
- the two micromirror arrangements 24, 34 are arranged directly adjacent to one another in the surface area of the security element 70, with an overlapping area 66 being formed, for example, by a 5 mm wide and 2 cm long curved strip within a surface area measuring 2.5 ⁇ 2.5 cm 2 .
- the viewer 50 looks through the transparent lacquer layer 36 to the higher-lying micromirror arrangement 34, in which the phase change material is present in its amorphous phase with refractive index n A , so that the reflective interference layer element 82/84/86-A/88 with a first color impression appears.
- the observer looks at the underlying micromirror arrangement 24 in which the phase change material is present in its crystalline phase with a refractive index nK , so that the reflective interference layer element 82/84/86-K/88 appears there with a second color impression.
- a transparent carrier 18, for example a transparent colorless PET film is provided and provided with a primary structure in the form of a first, transparent and colorless embossing lacquer layer 22.
- Micromirror embossing 24, which produces desired motif 14 of security element 70, is embossed into first embossing lacquer layer 22 using an embossing tool that is not shown itself.
- the embossing varnish layer 22 is then hardened.
- a secondary structure in the form of a second embossing lacquer layer 72 is printed onto the first embossing lacquer layer 22 using a printing cylinder (not shown) in the desired overlapping area 66 of the running bar, as shown in FIG 3(b) shown.
- the second embossing lacquer layer 32 contains an absorber for UV or blue light in the visible spectral range appears blue/purple.
- the second embossing lacquer layer 72 is then provided with the micromirror embossing 34 that produces the rolling bar effect, using an embossing tool that is not shown itself. If a UV embossing varnish is used, the embossing varnish layer 72 is then hardened.
- a multi-layer reflection-increasing coating 80' is then applied over the entire surface of the overall relief structure formed in this way, which is formed by the first relief structure 24 of the first embossing lacquer layer 22 and the second relief structure 34 of the second embossing lacquer layer 72 lying in the overlapping regions above the first embossing lacquer layer 22.
- a 10 to 50 nm thick mirror layer 82 made of aluminum, a 50 to 500 nm thick dielectric layer 84 made of SiO 2 , a 3 to 30 nm thick effect layer 86 of a phase change material and a 5 to 30 nm thick barrier layer 88 made of SiO 2 are applied.
- the structural side of the coated overall relief structure is then provided with a lacquer coating 36 and optionally further coatings, thereby completing the layer structure itself, as in Fig.5(c) shown.
- phase change material of the effect layer 86 is initially continuously in its amorphous state.
- the color effect of the applied reflection-increasing coating 80' is the same in this state in the overlapping area 66 and in the free area 64 and is essentially determined by the refractive index n A of the phase change material of the interference layer element formed.
- the reflection-increasing coating 80' is now exposed to radiation 90 from a UV source or blue light source over the entire surface from the side of the carrier film 18, as shown in FIG Fig.5(d) shown.
- the thin aluminum layer 82 is sufficiently transparent in this spectral range to transmit a large part of the incident radiation 90 to the phase change material 86 in the free area 64 and to crystallize it through the heat generated and convert it into the crystalline phase with a refractive index nK .
- the incident radiation 90 is absorbed by the UV or blue absorber of the embossing lacquer layer 72 and therefore does not reach the phase change material 86 of the layer 80′—there the phase change material remains in the amorphous state with refractive index n A .
- the second embossing lacquer layer 72 with its UV or blue absorber acts in this way as an exposure mask for the radiation 90, the conversion from the amorphous to the crystalline phase of the phase change material takes place in perfect register with the shape and position of the overlapping area 66 and the free area 64.
- the reflection-enhancing coating 80 formed by the exposure and conversion step contains two sub-areas with different refractive index of the phase change material and thus different color effect of the coating, which are in perfect register with the shape and position of the micromirror embossings 24, 34.
- the color effect of the coating 80 is still determined by the refractive index n A of the amorphous phase change material in the interference layer stack, while in the free area 64 the color effect of the coating 80 is determined by the refractive index n K of the crystalline phase change material is determined in the interference layer stack.
- the finished security element 70 therefore shows the color-to-effect registration described above.
- the conversion of the phase-change material can, of course, also be carried out by exposure to radiation of a different wavelength. It is only necessary to ensure sufficient discrimination between the radiation transmission inside and outside of the coverage area 66 in order to effect selective conversion of the phase change material only outside of the coverage area 66 .
Description
Die Erfindung betrifft ein optisch variables Sicherheitselement zur Absicherung von Wertgegenständen, dessen Flächenausdehnung eine darauf senkrecht stehende z-Achse definiert, mit einem reflektiven Flächenbereich. Die Erfindung betritt auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Sicherheitselements sowie einen mit einem solchen Sicherheitselement ausgestatteten Datenträger.The invention relates to an optically variable security element for protecting objects of value, whose surface area defines a z-axis perpendicular thereto, with a reflective surface area. The invention also relates to a method for producing such a security element and to a data carrier equipped with such a security element.
Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit der Datenträger gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Die Sicherheitselemente können beispielsweise in Form eines in eine Banknote eingebetteten Sicherheitsfadens, einer Abdeckfolie für eine Banknote mit Loch, eines aufgebrachten Sicherheitsstreifens, eines selbsttragenden Transferelements oder auch in Form eines direkt auf ein Wertdokument aufgedruckten Merkmalsbereichs ausgebildet sein.Data carriers, such as value or ID documents, but also other valuables, such as branded items, are often provided with security elements for protection, which allow the authenticity of the data carrier to be checked and which at the same time serve as protection against unauthorized reproduction. The security elements can be designed, for example, in the form of a security thread embedded in a banknote, a cover film for a banknote with a hole, an applied security strip, a self-supporting transfer element or also in the form of a feature area printed directly onto a document of value.
Eine besondere Rolle bei der Echtheitsabsicherung spielen Sicherheitselemente mit betrachtungswinkelabhängigem oder dreidimensionalem Erscheinungsbild, da diese selbst mit modernsten Kopiergeräten nicht reproduziert werden können. Dazu sind die Sicherheitselemente mit optisch variablen Elementen ausgestattet, die dem Betrachter unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln einen unterschiedlichen Bildeindruck vermitteln und beispielsweise je nach Betrachtungswinkel einen anderen Farb- oder Helligkeitseindruck und/oder ein anderes grafisches Motiv zeigen. Im Stand der Technik sind dabei als optisch variable Effekte beispielsweise Bewegungseffekte, Pumpeffekte, Tiefeneffekte oder Flipeffekte beschrieben, die mit Hilfe von Hologrammen, Mikrolinsen oder Mikrospiegeln realisiert werden.Security elements with a viewing angle-dependent or three-dimensional appearance play a special role in authenticity protection, as these cannot be reproduced even with the most modern copiers. For this purpose, the security elements are equipped with optically variable elements that give the viewer a different image impression from different viewing angles and, for example, show a different color or brightness impression and/or a different graphic motif depending on the viewing angle. In the prior art, the optically variable effects are, for example, movement effects, Described pump effects, depth effects or flip effects, which are realized with the help of holograms, microlenses or micromirrors.
Vor einiger Zeit wurden optisch variable Sicherheitselemente vorgeschlagen, die zwei, in unterschiedlichen Höhenstufen angeordnete und jeweils mit einer Farbbeschichtung versehene Reliefstrukturen aufweisen (siehe
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes optisch variables Sicherheitselement mit attraktivem Erscheinungsbild und hoher Fälschungssicherheit vorzuschlagen, das zudem einfach und kostengünstig herstellbar sein soll. Mit dem zugehörigen Herstellungsverfahren sollen insbesondere Sicherheitselemente mit zwei oder mehr unterschiedlichen Erscheinungsbildern bzw. Effekten in unterschiedlichen Farben mit wenigen Arbeitsschritten erzeugt werden können. Zudem sollen die Sicherheitselemente idealerweise mit einer geringen Schichtdicke hergestellt werden können, um das Ein- oder Aufbringen in Sicherheits- und Wertdokumenten zu erleichtern.Proceeding from this, the invention is based on the object of proposing an optically variable security element of the generic type with an attractive appearance and high protection against forgery, which should also be simple and inexpensive to produce. With the associated production method, security elements with two or more different appearances or effects in different colors should in particular be able to be produced with a few work steps. In addition, the security elements should ideally be able to be produced with a small layer thickness in order to facilitate incorporation or application in security documents and documents of value.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the features of the independent claim. Developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.
Die Erfindung enthält zur Lösung der genannten Aufgabe ein optisch variables Sicherheitselement mit einem reflektiven Flächenbereich, welches insbesondere zur Absicherung von Wertgegenständen eingesetzt werden kann. Die Flächenausdehnung des Sicherheitselements definiert dabei eine Ebene und eine auf der Fläche senkrecht stehende z-Achse.To achieve the above object, the invention contains an optically variable security element with a reflective surface area, which can be used in particular to protect valuables. The surface extent of the security element defines a plane and a z-axis perpendicular to the surface.
Der reflektive Flächenbereich enthält eine Primärstruktur in Form einer ersten Prägelackschicht mit einer ersten eingeprägten Reliefstruktur. Die erste Prägelackschicht ist teilweise von einer Sekundärstruktur bedeckt, so dass auf der ersten Prägelackschicht Überdeckungsbereiche mit Sekundärstruktur und Freibereiche ohne Sekundärstruktur vorliegen.The reflective surface area contains a primary structure in the form of a first embossing lacquer layer with a first embossed relief structure. The first embossing lacquer layer is partially covered by a secondary structure, so that there are covering areas with a secondary structure and free areas without a secondary structure on the first embossing lacquer layer.
Die Primärstruktur und die Sekundärstruktur sind mit einer gemeinsamen reflexionserhöhenden Beschichtung versehen, so dass die reflexionserhöhende Beschichtung in den Überdeckungsbereichen auf der Sekundärstruktur und in den Freibereichen auf der Primärstruktur angeordnet ist.The primary structure and the secondary structure are provided with a common reflection-enhancing coating, so that the reflection-enhancing coating is arranged in the overlapping areas on the secondary structure and in the free areas on the primary structure.
Die reflexionserhöhende Beschichtung enthält eine Schicht eines Phasenwechselmaterials, das in kristallinem und amorphem Materialzustand einen unterschiedlichen Farbeindruck und/oder eine unterschiedliche Reflektivität der Beschichtung erzeugt.The reflection-increasing coating contains a layer of a phase change material, which produces a different color impression and/or a different reflectivity of the coating in the crystalline and amorphous material state.
Das Phasenwechselmaterial liegt dabei - in zumindest einem Abschnitt - in den Überdeckungsbereichen in amorphem Materialzustand vor und in den Freibereichen in kristallinem Materialzustand vor, oder liegt umgekehrt in den Überdeckungsbereichen in kristallinem Materialzustand und in den Freibereichen in amorphem Materialzustand vor.The phase change material is present--in at least one section--in an amorphous material state in the overlapping areas and in a crystalline material state in the free areas, or conversely is present in a crystalline material state in the overlapping areas and in an amorphous material state in the free areas.
Die beiden Materialzustände des Phasenwechselmaterials, kristallin bzw. amorph, werden in dieser Beschreibung auch als definierte Materialzustände des Phasenwechselmaterials bezeichnet. Durch Wärmeeinwirkung, insbesondere durch die mit der Absorption von Strahlung verbundene Wärmeeinwirkung, kann der Materialzustand eines Phasenwechselmaterials geändert werden, also von einem der definierte Materialzustände in den anderen definierten Materialzustand wechseln. Dies bedeutet konkret, dass ein Phasenwechselmaterial, das sich im kristallinen Zustand befindet, durch die in den amorphen Zustand übergeht, bzw. dass ein Phasenwechselmaterial, das sich im amorphen Zustand befindet, in den kristallinen Zustand übergeht.The two material states of the phase change material, crystalline and amorphous, are also referred to in this description as defined material states of the phase change material. The material state of a phase change material can be changed by the action of heat, in particular by the action of heat associated with the absorption of radiation, ie change from one of the defined material states to the other defined material state. In concrete terms, this means that a phase change material that is in the crystalline state, which changes to the amorphous state, or that a phase change material that is in the amorphous state changes to the crystalline state.
Vorteilhaft enthält die reflexionserhöhende Beschichtung als Phasenwechselmaterial GexSbyTez oder AgxInySbzTew, insbesondere Ge2 Sb2 Te5 oder Ag3 In4 Sb76 Te17. Grundsätzlich können allerdings auch andere Phasenwechselmaterialien, wie etwa VOx, NbOx, GeTe, GeSb, GaSb, InSb, InSbTe, InSe, SbTe, TeGeSbS, AgSbSe, SbSe, GeSbMnSn, AgSbTe, AuSbTe, oder AlSb im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.The reflection-increasing coating advantageously contains Ge x Sb y Te z or Ag x In y Sb z Te w , in particular Ge 2 Sb 2 Te 5 or Ag 3 In 4 Sb 76 Te 17 , as phase change material. In principle, however, other phase change materials such as VO x , NbO x , GeTe, GeSb, GaSb, InSb, InSbTe, InSe, SbTe, TeGeSbS, AgSbSe, SbSe, GeSbMnSn, AgSbTe, AuSbTe, or AlSb can also be used within the scope of the invention.
Das Phasenwechselmaterial liegt in der reflexionserhöhenden Beschichtung bevorzugt als Effektschicht mit einer Schichtdicke zwischen 1 nm und 60 nm, insbesondere zwischen 3 nm und 30 nm vor.The phase change material is preferably present in the reflection-increasing coating as an effect layer with a layer thickness between 1 nm and 60 nm, in particular between 3 nm and 30 nm.
Mit Vorteil ist die reflexionserhöhende Beschichtung dem Reliefverlauf der Reliefstruktur der ersten Prägelackschicht folgend ausgebildet.Advantageously, the reflection-increasing coating is designed to follow the relief profile of the relief structure of the first embossing lacquer layer.
Die reflexionserhöhende Beschichtung bildet mit Vorteil ein mehrschichtiges Interferenzschichtelement, dessen unterschiedlicher Farbeindruck durch einen unterschiedlichen Brechungsindex des enthaltenen Phasenwechselmaterials in kristallinem und amorphem Zustand entsteht. Das Interferenzschichtelement kann insbesondere reflektierend ausgebildet sein und dazu eine Spiegelschicht, insbesondere eine Metallschicht, beispielsweise aus Aluminium enthalten. In einem vorteilhaften Aufbau enthält das Interferenzschichtelement eine optionale Barriereschicht, eine Effektschicht aus dem genannten Phasenwechselmaterial, eine Dielektrikumsschicht und eine Spiegelschicht. Das Interferenzschichtelement weist also bevorzugt genau drei, zumindest drei oder mehr als drei Teilschichten auf. In Ausgestaltungen kann das Interferenzschichtelement fünf (bzw. sechs, Barriereschicht) Teilschichten umfassen, beispielsweise Absorber, Dielektrikum, Reflektor (oder Absorber), Dielektrikum und, Absorber, wobei eine oder mehrere der Absorber-Teilschichten als Phasenwechselmaterial vorliegen können.The reflection-increasing coating advantageously forms a multilayer interference layer element whose different color impression is created by a different refractive index of the phase change material contained in the crystalline and amorphous states. The interference layer element can, in particular, be designed to be reflective and, for this purpose, contain a mirror layer, in particular a metal layer, for example made of aluminum. In an advantageous structure, the interference layer element contains an optional barrier layer, an effect layer made from the phase change material mentioned, a dielectric layer and a mirror layer. The interference layer element therefore preferably has exactly three, at least three or more than three sub-layers. In configurations can the interference layer element comprises five (or six, barrier layer) partial layers, for example absorber, dielectric, reflector (or absorber), dielectric and absorber, wherein one or more of the absorber partial layers can be present as phase change material.
Der Brechungsindexunterschied des Phasenwechselmaterials in kristallinem und amorphem Zustand ist dabei zweckmäßig größer als 0,2 insbesondere größer als 0,4 oder sogar größer als 0,6. Der Brechungsindexunterschied wird für einen vorgegebenen Wellenlängenbereich mit einer Größe von zumindest 50nm bestimmt. Der vorgegebene Wellenlängenbereich liegt im Bereich des sichtbaren Lichts und hat dort weiter bevorzugt eine Größe von 100nm oder 150nm und entspricht bevorzugt dem Bereich des sichtbaren Lichts.The difference in refractive index of the phase change material in the crystalline and amorphous states is expediently greater than 0.2, in particular greater than 0.4 or even greater than 0.6. The refractive index difference is determined for a given wavelength range with a size of at least 50 nm. The predetermined wavelength range is in the visible light range and more preferably has a size of 100 nm or 150 nm there and preferably corresponds to the visible light range.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Sicherheitselements zeigt der reflektive Flächenbereich zumindest zwei, aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen erkennbare Erscheinungsbilder. Die Sekundärstruktur ist dabei durch eine zweite Prägelackschicht mit einer zweiten, sich von der ersten Reliefstruktur unterscheidenden, eingeprägten Reliefstruktur gebildet, und die beiden eingeprägten Reliefstrukturen sind in z-Richtung in unterschiedlichen Höhenstufen angeordnet und bilden eine tiefer liegende und eine höher liegende Reliefstruktur. Die reflexionserhöhende Beschichtung folgt dabei jeweils dem Reliefverlauf der Reliefstruktur der ersten und zweiten Prägelackschicht.In a preferred embodiment of the security element, the reflective surface area shows at least two appearances recognizable from different viewing directions. The secondary structure is formed by a second embossing lacquer layer with a second embossed relief structure that differs from the first relief structure, and the two embossed relief structures are arranged at different levels in the z-direction and form a lower-lying and a higher-lying relief structure. The reflection-increasing coating follows the relief profile of the relief structure of the first and second embossing lacquer layer.
In anderen, ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltungen ist die Sekundärstruktur durch einen Aufdruck, eine Ätzmaske oder einen Waschfarbbereich gebildet. Zur Ausbildung eines solchen Aufdrucks können klassische Druckverfahren wie Offsetdruck, Hochdruck, indirekter Hochdruck, Flexodruck, Tiefdruck oder Siebdruck, aber auch digitale Druckverfahren wie Ink-Jet-Druck, Laserdruck, Thermosublimationsdruck, Thermotransferdruck, oder indirekter Ink-Jet-Druck wie Nanoprinting eingesetzt werden. Der Aufdruck kann farblos oder gefärbt sein, kann transparent, transluzent oder opak ausgebildet sein und kann auch Lumineszenzstoffe, IR-absorbierende Stoffe, magnetische Stoffe oder andere maschinenlesbare Merkmalsstoffe enthalten.In other configurations that are also advantageous, the secondary structure is formed by an imprint, an etching mask or a washed-in color area. Classic printing methods such as offset printing, relief printing, indirect relief printing, flexographic printing, gravure printing or screen printing, but also digital printing methods such as ink-jet printing, laser printing, Thermal sublimation printing, thermal transfer printing, or indirect ink jet printing such as nanoprinting can be used. The imprint can be colorless or coloured, can be transparent, translucent or opaque and can also contain luminescent substances, IR-absorbing substances, magnetic substances or other machine-readable feature substances.
Wenn auch wegen der auffälligen Änderung der Interferenzfarbe vorteilhaft, muss das Phasenwechselmaterial nicht zwingend Bestandteil eines Interferenzschichtelements sein. Die unterschiedlichen Brechungsindices der amorphen bzw. kristallinen Phase können auch genutzt werden, um andere bereichsweise Änderungen des Farbeindrucks und/oder der Reflektivität der reflexionserhöhenden Beschichtung zu erzeugen.Although advantageous because of the noticeable change in the interference color, the phase change material does not necessarily have to be a component of an interference layer element. The different refractive indices of the amorphous or crystalline phase can also be used to produce other regional changes in the color impression and/or the reflectivity of the reflection-enhancing coating.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Sicherheitselements ist vorgesehen, dass die Sekundärstruktur im sichtbaren Spektralbereich farblos und transparent ist und einen Absorber oder Reflektor für einen außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegenden Wellenlängenbereich enthält. Vorzugsweise stellt in diesem Fall die Sekundärstruktur die genannte zweite Prägelackschicht mit der zweiten Reliefstruktur dar und bildet die tieferliegende Reliefstruktur des Sicherheitselements.In an advantageous embodiment of the security element, it is provided that the secondary structure is colorless and transparent in the visible spectral range and contains an absorber or reflector for a wavelength range lying outside the visible spectral range. In this case, the secondary structure preferably represents the named second embossing lacquer layer with the second relief structure and forms the underlying relief structure of the security element.
In einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung des Sicherheitselements ist vorgesehen, dass die Sekundärstruktur einen im sichtbaren Spektralbereich wirkenden Absorber oder Reflektor enthält. Vorzugsweise stellt in diesem Fall die Sekundärstruktur die genannte zweite Prägelackschicht mit der zweiten Reliefstruktur dar und bildet die höherliegende Reliefstruktur des Sicherheitselements.In another, likewise advantageous configuration of the security element, provision is made for the secondary structure to contain an absorber or reflector which acts in the visible spectral range. In this case, the secondary structure preferably represents the named second embossing lacquer layer with the second relief structure and forms the higher-lying relief structure of the security element.
Je nach gewünschter Farbwirkung des Sicherheitselements kann die erste Prägelackschicht farblos oder gezielt eingefärbt sein. Auch die gegebenenfalls die Sekundärstruktur bildende zweite Prägelackschicht kann farblos oder gezielt eingefärbt sein, um zusammen mit der reflexionserhöhenden Beschichtung eine gewünschte Farbwirkung des Sicherheitselements zu erzielen. Eingefärbte Prägelackschichten sind vorzugsweise mit einer lasierenden Buntfarbe oder Unbuntfarbe versehen. Zweckmäßig sind allerdings auch andere Gestaltungen, bei denen eine oder beide Prägelackschichten mit einer Lumineszenzfarbe oder einer Nanopartikelfarbe eingefärbt sind.Depending on the desired color effect of the security element, the first embossing lacquer layer can be colorless or specifically colored. The second embossing lacquer layer optionally forming the secondary structure can also be colorless or specifically colored in order to achieve a desired color effect of the security element together with the reflection-increasing coating. Colored embossing lacquer layers are preferably provided with a translucent color or achromatic color. However, other configurations are also expedient in which one or both embossing lacquer layers are colored with a luminescent color or a nanoparticle color.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Reliefstruktur und/oder die gegebenenfalls die Sekundärstruktur bildende zweite Reliefstruktur durch Mikrospiegelanordnungen mit gerichtet reflektierenden Mikrospiegeln gebildet, insbesondere mit nicht-diffraktiv wirkenden Spiegeln, und vorzugsweise mit planen Spiegeln, Hohlspiegeln und/oder fresnelartigen Spiegeln. Die lateralen Abmessungen der Mikrospiegel liegen dabei zweckmäßig unterhalb von 50 µm, vorteilhaft unterhalb von 20 µm, bevorzugt bei etwa 10 µm, also zwischen 7 µm und 13 µm. Auf der anderen Seite liegen die lateralen Abmessungen der Mikrospiegel aber auch oberhalb von 2 µm, insbesondere oberhalb von 3 µm oder sogar oberhalb von 5 µm. Die Ganghöhe der Mikrospiegel beträgt vorzugsweise weniger als 10 µm, bevorzugt weniger als 5 µm.In an advantageous embodiment, the first relief structure and/or the second relief structure optionally forming the secondary structure are formed by micromirror arrangements with specularly reflecting micromirrors, in particular with non-diffractive mirrors, and preferably with planar mirrors, concave mirrors and/or Fresnel-like mirrors. The lateral dimensions of the micromirrors are expediently below 50 μm, advantageously below 20 μm, preferably around 10 μm, ie between 7 μm and 13 μm. On the other hand, the lateral dimensions of the micromirrors are also above 2 μm, in particular above 3 μm or even above 5 μm. The pitch of the micromirrors is preferably less than 10 μm, preferably less than 5 μm.
Grundsätzlich können anstelle von Mikrospiegeln auch andere geprägte Reliefstrukturen, insbesondere Fresnellinsen, Hohlspiegel, Hologrammstrukturen, Nanostrukturen oder diffraktive geblazte Gitter eingesetzt werden. Vorteilhaft können auch achromatische Beugungsgitter, sogenannte Mattstrukturen verwendet werden, die im Wesentlichen weißes Licht reflektieren. Zur Erzeugung bunter Farben können die Reliefstrukturen zumindest der zweiten Reliefstruktur auch Subwellenstrukturen, insbesondere Subwellenlängengitter, aufweisen, die in Kombination mit der jeweiligen reflexionserhöhenden Schicht deren Farbe bestimmt oder zumindest mitbestimmt.In principle, other embossed relief structures, in particular Fresnel lenses, concave mirrors, hologram structures, nanostructures or diffractive blazed gratings can also be used instead of micromirrors. Advantageously, achromatic diffraction gratings, so-called matte structures, which essentially reflect white light, can also be used. To generate bright colors, the relief structures can at least the second Relief structure also have sub-wave structures, in particular sub-wavelength gratings, which, in combination with the respective reflection-enhancing layer, determine or at least co-determine its color.
Liegen zwei Reliefstrukturen vor, so ist mit Vorteil die erste Reliefstruktur ausgelegt und ausgebildet, um einen ersten optisch variablen Effekt in einer ersten Farbe zu zeigen, und die zweite Reliefstruktur ist ausgelegt und ausgebildet, einen zweiten optisch variablen Effekt in einer zweiten, unterschiedlichen Farbe zu zeigen.If there are two relief structures, the first relief structure is advantageously designed and configured to exhibit a first optically variable effect in a first color, and the second relief structure is designed and configured to exhibit a second optically variable effect in a second, different color show.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Überdeckungsbereiche und Freibereiche zumindest in einem Teilbereich des Flächenbereichs als regelmäßiges oder unregelmäßiges Raster mit Rasterelementen und Rasterzwischenräumen ausgebildet, wobei die Abmessungen der Rasterelemente und Rasterzwischenräume in einer oder beiden lateralen Richtungen unterhalb von 140 µm, vorzugsweise zwischen 20 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 20 µm und 60 µm liegen.In an advantageous embodiment, the overlapping areas and free areas are designed as a regular or irregular grid with grid elements and grid gaps, at least in a partial area of the surface area, with the dimensions of the grid elements and grid gaps in one or both lateral directions being less than 140 µm, preferably between 20 µm and 100 microns, in particular between 20 microns and 60 microns.
In den durch die Überdeckungsbereiche und Freibereiche gebildeten Rasterbereichen zeigt das Sicherheitselement vorteilhaft beim Kippen oder einer entsprechenden Änderung der Betrachtungsrichtung ein Erscheinungsbild, das plötzlich von einem ersten zu einem zweiten Erscheinungsbild (bzw. beim Zurückkippen vom zweiten zum ersten Erscheinungsbild) springt. Dabei erfolgt gleichzeitig und ohne Zwischen- oder Übergangsstufe eine Änderung des dargestellten Motivs (beispielsweise eine Wertzahl oder ein Wappen) und der Farbe (beispielsweise Magenta, Grün oder Blau). Ein solches übergangslos zwischen zwei unterschiedlichen Motiven mit zwei unterschiedlichen Farben wechselndes Erscheinungsbild wird als binärer Farb- und Effektwechsel bezeichnet.In the grid areas formed by the overlapping areas and free areas, the security element advantageously shows an appearance when tilted or a corresponding change in the viewing direction that suddenly jumps from a first to a second appearance (or when tilted back from the second to the first appearance). Simultaneously and without intermediate or transitional stages, the displayed motif (e.g. a value number or a coat of arms) and the color (e.g. magenta, green or blue) are changed. Such an appearance that changes seamlessly between two different motifs with two different colors is referred to as a binary color and effect change.
Das durch die Überdeckungsbereiche und Freibereiche gebildete Raster weist vorteilhaft eine konstante Flächendeckung durch die Rasterelemente auf, welche zweckmäßig zwischen 30% und 70%, vorzugsweise zwischen 40% und 60%, insbesondere bei etwa 50% liegt.The grid formed by the overlapping areas and free areas advantageously has a constant area coverage by the grid elements, which is expediently between 30% and 70%, preferably between 40% and 60%, in particular around 50%.
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Überdeckungsbereiche und Freibereiche zumindest in einem Teilbereich des Flächenbereichs als Effektbereich ausgebildet sind, in dem die Überdeckungsbereiche und/oder die Freibereiche laterale Abmessungen von mehr als 140 µm aufweisen.Alternatively or additionally, it is provided that the overlapping areas and free areas are formed as an effect area at least in a partial area of the surface area, in which the overlapping areas and/or the free areas have lateral dimensions of more than 140 μm.
In diesen Effektbereichen zeigt das Sicherheitselement vorzugsweise zwei unterschiedliche Effekte (beispielsweise ein dreidimensionales Motiv und einen Bewegungseffekt wie einen laufenden Balken), die in zwei unterschiedlichen Farben in Erscheinung treten. Die Bereiche unterschiedlichen Farbeindrucks und unterschiedlicher Effekte sind dabei exakt zueinander gepassert, was nachfolgend auch als Farbe-zu-Effekt-Passerung bezeichnet wird.In these effect areas, the security element preferably shows two different effects (for example a three-dimensional motif and a movement effect such as a moving bar), which appear in two different colors. The areas with different color impressions and different effects are registered exactly to one another, which is also referred to below as color-to-effect registration.
Zumindest ein Überdeckungsbereich und/oder zumindest ein Freibereich ist bei dieser Ausgestaltung mit Vorteil mit lateralen Abmessungen von mehr als 250 µm, vorzugsweise von mehr als 500 µm und insbesondere von mehr als 1 mm ausgebildet.In this configuration, at least one overlapping area and/or at least one free area is advantageously formed with lateral dimensions of more than 250 μm, preferably more than 500 μm and in particular more than 1 mm.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die reflexionserhöhende Beschichtung vollflächig und ohne Aussparungen ausgebildet. Alternativ können auch Negativkennzeichen in dem Sicherheitselement vorgesehen sein, die durch Aussparungen in der reflexionserhöhenden Beschichtung gebildet sind. Die Negativkennzeichen können beispielsweise Text, Symbole oder Wertzahlen bilden.In an advantageous embodiment, the reflection-increasing coating is formed over the entire surface and without cutouts. Alternatively, negative identifiers can also be provided in the security element, which are formed by gaps in the reflection-increasing coating are. The negative indicators can form text, symbols or value numbers, for example.
Das Phasenwechselmaterial der gemeinsamen reflexionserhöhenden Beschichtung kann in dem zumindest einen Abschnitt des Sicherheitselements, also in genau einem Abschnitt, in mehreren Abschnitten oder vollständig, in dem beschriebenen bereichsabhängigen Materialzustand vorliegen. Der Abschnitt kann beispielsweise einen oder mehrere der genannten Teilbereiche und/oder Aussparungen umfassen. Beispielsweise kann das Sicherheitselements vollständig oder nur selektiv in dem(den) Abschnitt(en) bestrahlt worden sein, wobei zusätzlich die nur bereichsweise vorliegende Sekundärstruktur als Belichtungsmaske gewirkt hat.The phase change material of the common reflection-increasing coating can be present in the described area-dependent material state in the at least one section of the security element, ie in exactly one section, in several sections or completely. The section can, for example, comprise one or more of the partial areas and/or recesses mentioned. For example, the security element can have been irradiated completely or only selectively in the section(s), the secondary structure present only in certain areas also having acted as an exposure mask.
Der beschriebene reflektive Flächenbereich des Sicherheitselements kann mit anderen Sicherheitsmerkmalen kombiniert sein, beispielsweise mit Hologrammen, insbesondere Echtfarbenhologrammen, mit Subwellenlängengittern oder anderen Subwellenlängenstrukturen, mit Mikrospiegelanordnungen ohne diffraktive Gitter, oder auch mit maschinenlesbaren Sicherheitsmerkmalen, die auf speziellen Materialeigenschaften, wie elektrischer Leitfähigkeit, magnetischen Eigenschaften, Lumineszenz, Fluoreszenz oder dergleichen basieren.The described reflective surface area of the security element can be combined with other security features, for example with holograms, in particular true-color holograms, with sub-wavelength gratings or other sub-wavelength structures, with micromirror arrangements without diffractive gratings, or with machine-readable security features that are based on special material properties such as electrical conductivity, magnetic properties, Luminescence, fluorescence or the like are based.
Das optisch variable Sicherheitselement kann weitere Schichten, wie etwa eine Schutz-, Abdeck- oder eine zusätzliche Funktionsschicht, eine Primerschicht oder eine Heißsiegellackschicht enthalten. Diese sind für die vorliegende Erfindung allerdings nicht wesentlich und sind daher nicht näher beschrieben.The optically variable security element can contain further layers, such as a protective, covering or an additional functional layer, a primer layer or a heat-sealing lacquer layer. However, these are not essential for the present invention and are therefore not described in more detail.
Die Erfindung enthält auch einen Datenträger mit einem Sicherheitselement der beschriebenen Art. Bei dem Datenträger kann es sich insbesondere um ein Wertdokument, wie eine Banknote, insbesondere eine Papierbanknote, eine Polymerbanknote oder eine Folienverbundbanknote, um eine Aktie, eine Anleihe, eine Urkunde, einen Gutschein, einen Scheck, eine hochwertige Eintrittskarte, aber auch um eine Ausweiskarte, wie etwa eine Kreditkarte, eine Bankkarte, eine Barzahlungskarte, eine Berechtigungskarte, einen Personalausweis oder eine Passpersonalisierungsseite handeln.The invention also includes a data carrier with a security element of the type described. The data carrier can in particular be a document of value, such as a banknote, in particular a paper banknote, a polymer banknote or a foil composite banknote, a share, a bond, a certificate, a voucher , a check, a premium ticket, but also an identification card, such as a credit card, a bank card, a cash card, an authorization card, an ID card or a passport personalization page.
Die Erfindung enthält weiter ein Verfahren zum Herstellen eines optisch variablen Sicherheitselements bei dem
- B) ein Träger bereitgestellt wird, dessen Flächenausdehnung eine darauf senkrecht stehende z-Achse definiert,
- A1) in einem Flächenbereich eine erste Prägelackschicht auf den Träger aufgebracht wird,
- P1) in die erste Prägelackschicht eine erste Reliefstruktur geprägt wird, so dass eine Primärstruktur in Form der ersten Prägelackschicht mit der ersten eingeprägten Reliefstruktur entsteht,
- A2) eine Sekundärstruktur auf die erste Prägelackschicht aufgebracht wird, wobei die Primärstruktur teilweise von der Sekundärstruktur überdeckt wird (Überdeckungsbereiche) und teilweise nicht überdeckt wird (Freibereiche),
- R1) eine reflexionserhöhende Beschichtung auf einen nicht überdeckten Anteil der Primärstruktur und auf die Sekundärstruktur aufgebracht wird,
- R2) beim Aufbringen der reflexionserhöhenden Beschichtung ein Phasenwechselmaterial aufgebracht wird, das in kristallinem und amorphem Materialzustand unterschiedlichen Brechungsindex aufweist, und das in einem definierten dieser Materialzustände auf den genannten, nicht überdeckten Anteil der Primärstruktur und auf die Sekundärstruktur aufgebracht wird, und
- R3) das Phasenwechselmaterial der reflexionserhöhenden Beschichtung von der Seite der Primär- und Sekundärstruktur her - optional in zumindest einem Abschnitt des Sicherheitselements - mit Strahlung beaufschlagt wird, so dass die nur teilweise vorliegende Sekundärstruktur als Belichtungsmaske wirkt, wodurch der Materialzustand des Phasenwechselmaterials in dem nicht überdeckten Anteil der Primärstruktur (Freibereiche) durch die Strahlungseinwirkung geändert wird und der Materialzustand des Phasenwechselmaterials auf der Sekundärstruktur (Überdeckungsbereiche) unverändert bleibt.
- B) a carrier is provided, the surface area of which defines a z-axis perpendicular thereto,
- A1) a first embossing lacquer layer is applied to the carrier in a surface area,
- P1) a first relief structure is embossed into the first embossing lacquer layer, so that a primary structure is created in the form of the first embossing lacquer layer with the first embossed relief structure,
- A2) a secondary structure is applied to the first embossing lacquer layer, the primary structure being partially covered by the secondary structure (coverage areas) and being partially not covered (free areas),
- R1) a reflection-increasing coating is applied to an uncovered portion of the primary structure and to the secondary structure,
- R2) when applying the reflection-increasing coating, a phase change material is applied which has different refractive indices in the crystalline and amorphous material state, and which is applied in one of these material states to the named, uncovered portion of the primary structure and to the secondary structure, and
- R3) the phase change material of the reflection-enhancing coating is exposed to radiation from the side of the primary and secondary structure - optionally in at least one section of the security element - so that the only partially present secondary structure acts as an exposure mask, whereby the material state of the phase change material is in the non-covered one Proportion of the primary structure (free areas) is changed by the radiation exposure and the material state of the phase change material on the secondary structure (coverage areas) remains unchanged.
Das Phasenwechselmaterial kann dabei insbesondere mit UV-Strahlung, Strahlung aus dem sichtbaren Spektralbereich oder IR-Strahlung beaufschlagt werden. Im letztgenannten Fall hat sich insbesondere die Verwendung von Strahlung im nahen Infrarot (0,78 - 3 µm) oder im mittleren Infrarot (3 - 50 µm), vorzugsweise bei etwa 8 - 12 µm (CO2 - Laser und verwandte Gaslaser) bewährt.The phase change material can be exposed in particular to UV radiation, radiation from the visible spectral range or IR radiation. In the latter case, the use of radiation in the near infrared (0.78-3 μm) or in the middle infrared (3-50 μm), preferably at about 8-12 μm (CO 2 laser and related gas lasers), has proven particularly effective.
In einer vorteilhaften Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die Sekundärstruktur im sichtbaren Spektralbereich farblos und transparent ist und einen Absorber oder Reflektor für eine außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegenden Spektralbereich enthält, und die Effektschicht des Phasenwechselmaterials mit Strahlung dieses außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegenden Spektralbereichs, insbesondere mit UV-Strahlung oder naher oder mittlerer IR-Strahlung beaufschlagt wird.In an advantageous variant of the method, it is provided that the secondary structure is colorless and transparent in the visible spectral range and contains an absorber or reflector for a spectral range lying outside the visible spectral range, and the effect layer of the phase change material is exposed to radiation in this spectral range lying outside the visible spectral range, in particular with UV -Radiation or near or medium IR radiation is applied.
In einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die Sekundärstruktur einen im sichtbaren Spektralbereich wirkenden Absorber enthält, und die Effektschicht des Phasenwechselmaterials mit Strahlung aus diesem sichtbaren Spektralbereich beaufschlagt wird.In another, likewise advantageous variant of the method, it is provided that the secondary structure contains an absorber that acts in the visible spectral range, and the effect layer of the phase change material is exposed to radiation from this visible spectral range.
In einer besonders vorteilhaften Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass in Schritt A2) als Sekundärstruktur eine zweite Prägelackschicht auf die erste Prägelackschicht aufgebracht wird, und dass zwischen Schritt A2) und Schritt R1) in einem Schritt P2) in die zweite Prägelackschicht eine zweite, sich von der ersten Reliefstruktur unterscheidende Reliefstruktur geprägt wird, so dass die erste Reliefstruktur und die zweite Reliefstruktur in z-Richtung in unterschiedlichen Höhenstufen bezogen auf den Träger angeordnet sind.In a particularly advantageous variant of the method, it is provided that in step A2) a second embossing lacquer layer is applied to the first embossing lacquer layer as a secondary structure, and that between step A2) and step R1) in a step P2) a second embossing lacquer layer is inserted into the second embossing lacquer layer, differing from the relief structure differentiating the first relief structure is embossed, so that the first relief structure and the second relief structure are arranged at different height levels in the z-direction relative to the carrier.
Die Strahlungsbeaufschlagung kann mit einer starken Lampe erfolgen, vorzugsweise wird eine Laserquelle eingesetzt.The radiation can be applied with a powerful lamp, preferably a laser source is used.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.Further exemplary embodiments and advantages of the invention are explained below with reference to the figures, which are not shown to scale and proportions in order to improve clarity.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen optisch variablen Sicherheitselement,
- Fig. 2
- schematisch einen Ausschnitt des Sicherheitselements der
Fig. 1 im Querschnitt, - Fig. 3
- in (a) bis (e) Zwischenschritte bei der Herstellung des Sicherheitselements der
Fig. 2 , - Fig. 4
- schematisch einen Ausschnitt des Sicherheitselements nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- Fig. 5
- in (a) bis (d) Zwischenschritte bei der Herstellung des Sicherheitselements der
Fig. 4 .
- 1
- a schematic representation of a banknote with an optically variable security element according to the invention,
- 2
- schematically shows a section of the security element
1 in cross section, - 3
- in (a) to (e) intermediate steps in the production of the security element of
2 , - 4
- schematically shows a section of the security element according to a further exemplary embodiment of the invention, and
- figure 5
- in (a) to (d) intermediate steps in the production of the security element of
4 .
Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten erläutert.
Das auf die Banknote 10 aufgebrachte Sicherheitselement 12 ist selbst sehr flach ausgebildet, vermittelt dem Betrachter aber dennoch den dreidimensionalen Eindruck eines sich scheinbar aus der Ebene der Banknote 10 herauswölbenden Motivs 14, das mit einer ersten Farbe erscheint. In der Praxis kann das Motiv 14 beispielsweise eine Wertzahl, ein Portrait oder ein anderes grafisches Motiv darstellen. Innerhalb des Motivs 14 ist in einem Teilbereich 16 ein Bewegungseffekt in einer zweiten Farbe sichtbar. Beispielsweise kann sich ein heller Balken beim Kippen der Banknote 10 entlang des geschwungenen Teilbereichs 16 vor und zurück bewegen und einen sogenannten Rolling-Bar-Effekt erzeugen. Die Bereiche unterschiedlicher Farbe (erste und zweite Farbe) und unterschiedlicher Effekte (dreidimensionales Motiv bzw. laufender Balken) sind dabei exakt zueinander gepassert. Diese Passerung wird nachfolgend auch als Farbe-zu-Effekt-Passerung bezeichnet.The
Der besondere Aufbau und die erfindungsgemäße Herstellung des Sicherheitselements 12 wird nun mit Bezug auf die
Das Sicherheitselement 12 enthält einen flächigen, transparent farblosen Träger 18, beispielsweise eine transparente farblose PET-Folie, dessen Flächenausdehnung eine x-y-Ebene und eine darauf senkrecht stehende z-Achse definiert. Auf dem Träger 18 ist ein mehrfarbiger reflektiver Flächenbereich angeordnet, der einen Prägestrukturbereich mit zwei Mikrospiegel-Prägungen 24, 34 in zwei unterschiedlichen Höhenstufen enthält.The
Ein erster Prägebereich 24, der die oben genannte Primärstruktur bildet, ist durch Mikrospiegel-Prägungen gegeben, die in eine erste, auf dem Träger 18 aufgebrachte transparente Prägelackschicht 22 eingeprägt sind und deren Grundflächen in einer ersten Höhe über dem Träger 18 liegen. Die erste Prägelackschicht 22 ist teilweise von einer Sekundärstruktur in Form einer zweiten Prägelackschicht 32 mit einer zweiten eingeprägten Reliefstruktur 34 mit Mikrospiegel-Prägungen bedeckt, so dass auf der ersten Prägelackschicht 22 Überdeckungsbereiche 66 mit zweiter Prägelackschicht 32 und Freibereiche 64 ohne zweite Prägelackschicht vorliegen.A first embossed
Die zweite Prägelackschicht ist im sichtbaren Spektralbereich transparent und farblos, enthält aber einen Absorber 38 für IR-Strahlung einer Wellenlänge von etwa 10 µm, wie weiter unten genauer erläutert. Die Grundflächen der Mikrospiegel des zweiten Prägebereichs 34 liegen in einer zweiten, grö-ßeren Höhe über dem Träger 18, wobei die Höhe wie auch die Richtung der positiven z-Achse vom Träger 18 ausgehend angegeben wird. Da das Sicherheitselement 12 des Ausführungsbeispiels der
Die Mikrospiegelprägungen bzw. Mikrospiegelanordnungen 24, 34 enthalten jeweils eine Vielzahl von gegen die x-y-Ebene geneigten Mikrospiegeln, deren lokalen Neigungswinkel gerade so gewählt sind, dass die Reliefstrukturen der Mikrospiegelprägungen 24, 34 im Zusammenspiel mit der Farbwirkung der nachfolgend beschriebene reflexionserhöhenden Beschichtung 40 ein gewünschtes optisches Erscheinungsbild erzeugen. Konkret sind die Neigungswinkel der Mikrospiegel im Ausführungsbeispiel so gewählt, dass die Mikrospiegelanordnungen 24, 26 den herausgewölbten dreidimensionalen Eindruck des Motivs 14 und den Rolling-Bar-Effekt des Teilbereichs 16 erzeugen.The micromirror embossings or
Die Mikrospiegel der Mikrospiegelprägungen 24, 34 weisen im Ausführungsbeispiel eine laterale Abmessung von 10 × 10 µm2 und eine maximale Höhe von 3,5 µm auf. Der auf die Grundflächen bezogene Höhenversatz kann beispielsweise 6 µm betragen.In the exemplary embodiment, the micromirrors of the
Als Besonderheit sind die beiden Mikrospiegelanordnung 24, 34 mit einer gemeinsamen, jeweils dem Reliefverlauf der Prägelackschicht 22 bzw. 32 folgenden, reflexionserhöhenden Beschichtung 40 versehen, welche in den Überdeckungsbereichen 66 auf der zweiten Prägelackschicht 32 und in den Freibereichen 64 auf der ersten Prägelackschicht 22 liegt.As a special feature, the two
Die reflexionserhöhende Beschichtung 40 bildet ein mehrschichtiges Interferenzschichtelement, das im Ausführungsbeispiel ausgehend von den Prägelackschichten aus einer 5 bis 30 nm dicken Barriereschicht 42 aus SiO2, einer 3 bis 30 nm dicken Effektschicht 44 eines Phasenwechselmaterials, einer 50 bis 500 nm dicken Dielektrikumsschicht 46 aus SiO2 und einer 10 bis 50 nm dicken Spiegelschicht 48 aus Aluminium besteht. Als Phasenwechselmaterial können dabei beispielsweise GeSbTe oder AgInSbTe eingesetzt sein.The reflection-increasing
In den Überdeckungsbereichen 66 liegt das Phasenwechselmaterial dabei in amorphem Zustand 44-A vor, während es in den Freibereichen 64 in kristallinem Zustand 44-K vorliegt. Wie oben erläutert, weist das Phasenwechselmaterial in kristallinem und amorphem Zustand einen unterschiedlichen Brechungsindex auf, so dass der Farbeindruck des Interferenzschichtelements je nach dem Materialzustand des enthaltenen Phasenwechselmaterials unterscheidet. Das durch die Schichten 42, 44-A/44-K, 46, 48 gebildete Interferenzschichtelement erscheint daher in den Überdeckungsbereichen 66 mit einem ersten Farbeindruck und in den Freibereichen 64 mit einem zweiten, unterschiedlichen Farbeindruck.In this case, the phase change material is present in the amorphous state 44-A in the overlapping
Der Unterschied der Brechungsindices im kristallinen und amorphen Zustand des Phasenwechselmaterials beträgt typischerweise mehr als 0,2, so dass sich in den Überdeckungsbereichen 66 und den Freibereichen 64 ein deutlich unterschiedlicher Farbeindruck ergibt. Die Brechungsindices können für sichtbares Licht beispielsweise n=2,4 im hochbrechenden und n=1,6 im niedrigbrechenden Zustand betragen, wodurch sich ein Brechungsindexunterschied von Δn=0,8 ergibt.The difference in the refractive indices in the crystalline and amorphous state of the phase change material is typically more than 0.2, so that a significantly different color impression results in the overlapping
Da das Vorliegen der unterschiedlichen Materialzustände des Phasenwechselmaterials genau auf die Grenzen der Mikrospiegelanordnungen der Überdeckungsbereiche 66 und der Freibereiche 64 ausgerichtet ist, ergibt sich für den Betrachter 50 eine perfekte Passerung der durch die Mikrospiegel erzeugten unterschiedlichen Effekte und der durch das Phasenwechselmaterial erzeugten unterschiedlichen Farbeindrücke.Since the presence of the different material states of the phase change material is precisely aligned with the boundaries of the micromirror arrays of the overlapping
Konkret sind im Ausführungsbeispiel der
Im Überdeckungsbereich 66 blickt der Betrachter durch die beiden transparenten Prägelackschichten 22, 32 hindurch auf die tiefer liegende Mikrospiegelanordnung 34, in der das Phasenwechselmaterial in seiner amorphen Phase mit Brechungsindex nA vorliegt, so dass das reflektierende Interferenzschichtelement 42/44-A/46/48 mit einem ersten Farbeindruck erscheint.In the overlapping
Im den Überdeckungsbereich umgebenden Freibereich 64 blickt der Betrachter nur durch die erste transparente Prägelackschicht 22 hindurch auf die höher liegende Mikrospiegelanordnung 24, in der das Phasenwechselmaterial in seiner kristallinen Phase mit Brechungsindex nK, mit |nK-nA| > 0,2 vorliegt, so dass das reflektierende Interferenzschichtelement 42/44-K/46/48 dort mit einem zweiten, unterschiedlichen Farbeindruck erscheint.In the
Da der Höhenunterschied der beiden Mikrospiegelanordnungen 24, 34 im Bereich von einigen Mikrometern liegt, ist er für den Betrachter nicht wahrnehmbar, so dass die beiden verschiedenfarbigen Motive und die unterschiedlichen Effekte in exaktem Passer nebeneinander angeordnet zu sein scheinen.Since the difference in height between the two
Die erfindungsgemäße Herstellung des Sicherheitselements 12 wird nun mit Bezug auf die
Zunächst wird mit Bezug auf
Auf die erste Prägelackschicht 22 wird mit einem selbst nicht gezeigten Druckzylinder im gewünschten Überdeckungsbereich 66 des laufenden Balkens eine Sekundärstruktur in Form einer zweiten Prägelackschicht 32 aufgedruckt, wie in
Mit Bezug auf
Auf die so gebildete Gesamt-Reliefstruktur, die durch die erste Reliefstruktur 24 der ersten Prägelackschicht 22 und die in dem Überdeckungsbereich 66 über der ersten Prägelackschicht 22 liegende zweite Reliefstruktur 34 der zweiten Prägelackschicht 32 gebildet ist, wird dann vollflächig eine mehrschichtige reflexionserhöhende Beschichtung 40' aufgebracht. Dazu wird zunächst eine 5 bis 30 nm dicke SiO2-Schicht 42 aufgebracht, die als Barriereschicht dient. Auf die Barriereschicht wird eine 3 bis 30 nm dicke Effektschicht 44 eines Phasenwechselmaterials, beispielsweise Ge2Sb2Te5, aufgebracht, die nach ihrem Aufbringen zunächst durchgehend in ihrem amorphen Zustand 44-A vorliegt und daher sowohl im Überdeckungsbereich 66 als auch im Freibereich 64 einen Brechungsindex nA aufweist. Um das reflektierende Interferenzschichtelement zu komplettieren, werden noch eine 50 bis 500 nm dicke SiO2-Schicht als Dielektrikumsschicht 46 und eine 10 bis 50 nm dicke Spiegelschicht 48 aus Aluminium aufgebracht.A multi-layer reflection-increasing coating 40' is then applied over the entire surface of the overall relief structure formed in this way, which is formed by the
Die Strukturseite der beschichteten Gesamt-Reliefstruktur wird dann mit einer Lackbeschichtung 36 und gegebenenfalls weiteren Beschichtungen versehen und dadurch der Schichtaufbau an sich fertiggestellt, wie in
Die Farbwirkung der aufgebrachten reflexionserhöhenden Beschichtung 40' ist in diesem Zustand im Überdeckungsbereich 66 und im Freibereich 64 gleich und im Wesentlichen durch den Brechungsindex nA des Phasenwechselmaterials des gebildeten Interferenzschichtelements bestimmt.The color effect of the applied reflection-increasing coating 40' is the same in this state in the overlapping
Die reflexionserhöhende Beschichtung 40' wird nun von der Seite der Trägerfolie 18 her vollflächig mit der Infrarotstrahlung 60 eines CO2-Lasers einer Wellenlänge von 10,6 µm beaufschlagt, wie in
Da die zweite Prägelackschicht 32 mit dem enthaltenen IR-Absorber auf diese Weise als Belichtungsmaske für die IR-Strahlung 60 wirkt, findet die Umwandlung der amorphen in die kristalline Phase des Phasenwechselmaterials in perfektem Register zur Form und Lage des Überdeckungsbereichs 66 bzw. des Freibereichs 64 statt.Since the second
Die durch den Belichtungs- und Umwandlungsschritt gebildete reflexionserhöhende Beschichtung 40 enthält zwei Teilbereiche mit unterschiedlichem Brechungsindex des Phasenwechselmaterials und damit unterschiedlicher Farbwirkung der Beschichtung, welche im perfekten Register zu der Form und Lage der Mikrospiegelprägungen 24, 34 stehen. Im Überdeckungsbereich 66 ist die Farbwirkung der Beschichtung 40 nach wie vor durch den Brechungsindex nA des amorphen Phasenwechselmaterials im Interferenzschichtstapel 42/44-A/46/48 bestimmt, während im Freibereich 64 die Farbwirkung der Beschichtung 40 durch den Brechungsindex nK des kristallinen Phasenwechselmaterials im Interferenzschichtstapel 42/44-K/46/48 bestimmt ist. Das fertige Sicherheitselement 12 zeigt daher bei Betrachtung die oben beschriebene Farbe-zu-Effekt-Passerung.The
In einer Abwandlung des beschriebenen Verfahrens kann auch eine Prägelackschicht 32 ohne Absorber eingesetzt werden - hierzu können die Schichtdicken der Prägelackschicht 22 und der Prägelackschicht 32 so abgestimmt werden, dass die mit der Schichtdicke exponentiell ansteigende Absorption des Prägelacks selbst ausreicht, um einerseits eine Umwandlung des Phasenwechselmaterials im Freibereich 64 niedriger Gesamtschichtdicke zu bewirken, und andererseits im Überdeckungsbereich 66 durch die höhere absorbierende Schichtdicke eine Umwandung auszuschließen.In a modification of the method described, an
Weiter kann die Umwandlung des Phasenwechselmaterials auch durch Beaufschlagung mit Strahlung einer anderen Wellenlänge, insbesondere mit IR-Strahlung, sichtbarem Licht oder UV-Strahlung erfolgen. Es muss lediglich eine ausreichend starke Diskrimination zwischen der Strahlungsdurchlässigkeit innerhalb und außerhalb des Überdeckungsbereichs 66 sichergestellt sein, um eine selektive Umwandlung des Phasenwechselmaterials nur außerhalb des Überdeckungsbereichs 66 zu bewirken.Furthermore, the phase change material can also be converted by exposure to radiation of a different wavelength, in particular to IR radiation, visible light or UV radiation. It is only necessary to ensure a sufficiently strong discrimination between the radiation transmission inside and outside of the overlapping
Die
Das Sicherheitselement 70 enthält einen flächigen, transparenten und farblosen Träger 18, dessen Flächenausdehnung eine x-y-Ebene und eine darauf senkrecht stehende z-Achse definiert. Wie bei der Ausgestaltung der
Ein erster Prägebereich 24, der die oben genannte Primärstruktur bildet, ist dabei durch Mikrospiegel-Prägungen gegeben, die in eine erste, auf dem Träger 18 aufgebrachte transparente Prägelackschicht 22 eingeprägt sind und deren Grundflächen in einer ersten Höhe über dem Träger 18 liegen. Die erste Prägelackschicht 22 ist teilweise von einer zweiten Prägelackschicht 72 mit einer Sekundärstruktur in Form einer zweiten eingeprägten Reliefstruktur 34 mit Mikrospiegel-Prägungen bedeckt, so dass auf der ersten Prägelackschicht 22 Überdeckungsbereiche 66 mit zweiter Prägelackschicht 72 und Freibereiche 64 ohne zweite Prägelackschicht vorliegen.A first embossed
Die zweite Prägelackschicht 72 enthält einen Absorber für UV- oder Blaulicht, der im sichtbaren Spektralbereich blau/violett erscheint. Die Grundflächen der Mikrospiegel des zweiten Prägebereichs liegen in einer zweiten, größeren Höhe über dem Träger 18, wobei die Höhe wie auch die Richtung der positiven z-Achse vom Träger 18 ausgehend gemessen wird. Da das Sicherheitselement 70 des Ausführungsbeispiels der
Die Mikrospiegelprägungen bzw. Mikrospiegelanordnungen 24, 34 enthalten auch bei dieser Ausgestaltung jeweils eine Vielzahl von gegen die x-y-Ebene geneigten Mikrospiegeln, deren lokalen Neigungswinkel gerade so gewählt sind, dass die Reliefstrukturen der Mikrospiegelprägungen 24, 34 im Zusammenspiel mit der Farbwirkung der reflexionserhöhenden Beschichtung 80 ein gewünschtes optisches Erscheinungsbild erzeugen. Konkret können die Neigungswinkel der Mikrospiegel wieder so gewählt sein, dass die Mikrospiegelanordnungen 24, 26 den herausgewölbten dreidimensionalen Eindruck des Motivs 14 und den Rolling-Bar-Effekt des Teilbereichs 16 erzeugen. Die Größen und Höhen der Mikrospiegel können wie bei der Ausgestaltung der
Die beiden Mikrospiegelanordnung 24, 34 sind mit einer gemeinsamen, jeweils dem Reliefverlauf der Reliefstruktur der Prägelackschicht 22 bzw. 72 folgenden reflexionserhöhenden Beschichtung 80 versehen, welche in den Überdeckungsbereichen 66 auf der zweiten Prägelackschicht 72 und in den Freibereichen 64 auf der ersten Prägelackschicht 22 angeordnet ist.The two
Wie bei der Ausgestaltung der
Im Überdeckungsbereich 66 liegt das Phasenwechselmaterial in amorpher Form 86-A mit Brechungsindex nA vor, während es im Freibereich 64 in kristallinem Zustand 86-K mit Brechungsindex nK, mit |nK-nA| > 0,2 vorliegt. Da die unterschiedlichen kristallinen bzw. amorphen Materialzustände des Phasenwechselmaterials genau auf die Grenzen der Mikrospiegelanordnungen der Überdeckungsbereiche und der Freibereiche ausgerichtet sind, ergibt sich für den Betrachter 50 auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine perfekte Farbe-zu-Effekt-Passerung.In the
Konkret sind bei dem Ausführungsbeispiel der
Im Überdeckungsbereich 66 blickt der Betrachter 50 durch die transparente Lackschicht 36 auf die höher liegende Mikrospiegelanordnung 34, in der das Phasenwechselmaterial in seiner amorphen Phase mit Brechungsindex nA vorliegt, so dass das reflektierende Interferenzschichtelement 82/84/86-A/88 mit einem ersten Farbeindruck erscheint.In the
Im Freibereich 64 blickt der Betrachter auf die tiefer liegende Mikrospiegelanordnung 24, in der das Phasenwechselmaterial in seiner kristallinen Phase mit Brechungsindex nK vorliegt, so dass das reflektierende Interferenzschichtelement 82/84/86-K/88 dort mit einem zweiten Farbeindruck erscheint.In the
Da der Höhenunterschied der beiden Mikrospiegelanordnungen 24, 34 im Bereich von einigen Mikrometern liegt, ist er für den Betrachter nicht wahrnehmbar, so dass die beiden verschiedenfarbigen Motive und die unterschiedlichen Effekte in exaktem Passer nebeneinander angeordnet zu sein scheinen.Since the difference in height between the two
Die erfindungsgemäße Herstellung des Sicherheitselements 70 wird nun mit Bezug auf die
Zunächst wird mit Bezug auf
Auf die erste Prägelackschicht 22 wird mit einem selbst nicht gezeigten Druckzylinder im gewünschten Überdeckungsbereich 66 des laufenden Balkens eine Sekundärstruktur in Form einer zweiten Prägelackschicht 72 aufgedruckt, wie in
Auf die so gebildete Gesamt-Reliefstruktur, die durch die erste Reliefstruktur 24 der ersten Prägelackschicht 22 und die in den Überdeckungsbereichen über der ersten Prägelackschicht 22 liegende zweite Reliefstruktur 34 der zweiten Prägelackschicht 72 gebildet ist, wird dann vollflächig eine mehrschichtige reflexionserhöhende Beschichtung 80' aufgebracht. Dazu werden eine 10 bis 50 nm dicken Spiegelschicht 82 aus Aluminium, eine 50 bis 500 nm dicken Dielektrikumsschicht 84 aus SiO2, eine 3 bis 30 nm dicke Effektschicht 86 eines Phasenwechselmaterials und eine 5 bis 30 nm dicken Barriereschicht 88 aus SiO2 aufgebracht.A multi-layer reflection-increasing coating 80' is then applied over the entire surface of the overall relief structure formed in this way, which is formed by the
Die Strukturseite der beschichteten Gesamt-Reliefstruktur wird dann mit einer Lackbeschichtung 36 und gegebenenfalls weiteren Beschichtungen versehen und dadurch der Schichtaufbau an sich fertiggestellt, wie in
Das Phasenwechselmaterial der Effektschicht 86 liegt nach seinem Aufbringen zunächst durchgehend in seinem amorphen Zustand vor. Die Farbwirkung der aufgebrachten reflexionserhöhenden Beschichtung 80' ist in diesem Zustand im Überdeckungsbereich 66 und im Freibereich 64 gleich und im Wesentlichen durch den Brechungsindex nA des Phasenwechselmaterials des gebildeten Interferenzschichtelements bestimmt.After it has been applied, the phase change material of the
Die reflexionserhöhende Beschichtung 80' wird nun von der Seite der Trägerfolie 18 her vollflächig mit der Strahlung 90 einer UV-Quelle oder Blaulichtquelle beaufschlagt, wie in
Die dünne Aluminiumschicht 82 ist in diesem Spektralbereich ausreichend transparent, um im Freibereich 64 einen großen Teil der einfallenden Strahlung 90 zu dem Phasenwechselmaterial 86 zu transmittieren und dieses durch die erzeugte Wärme zu kristallisieren und in die kristalline Phase mit Brechungsindex nK umzuwandeln. Im Überdeckungsbereich 66 wird die einfallende Strahlung 90 dagegen durch den UV-oder Blauabsorber der Prägelackschicht 72 absorbiert und erreicht daher das Phasenwechselmaterial 86 der Schicht 80' nicht - dort bleibt das Phasenwechselmaterial im amorphen Zustand mit Brechungsindex nA erhalten.The
Da die zweite Prägelackschicht 72 mit ihrem UV-oder Blauabsorber auf diese Weise als Belichtungsmaske für die Strahlung 90 wirkt, findet die Umwandlung der amorphen in die kristalline Phase des Phasenwechselmaterials in perfektem Register zur Form und Lage des Überdeckungsbereichs 66 bzw. des Freibereichs 64 statt.Since the second
Die durch den Belichtungs- und Umwandlungsschritt gebildete reflexionserhöhende Beschichtung 80 enthält zwei Teilbereiche mit unterschiedlichem Brechungsindex des Phasenwechselmaterials und damit unterschiedlicher Farbwirkung der Beschichtung, welche im perfekten Register zu der Form und Lage der Mikrospiegelprägungen 24, 34 stehen. Im Überdeckungsbereich 66 ist die Farbwirkung der Beschichtung 80 nach wie vor durch den Brechungsindex nA des amorphen Phasenwechselmaterials im Interferenzschichtstapel bestimmt, während im Freibereich 64 die Farbwirkung der Beschichtung 80 durch den Brechungsindex nK des kristallinen Phasenwechselmaterials im Interferenzschichtstapel bestimmt ist. Das fertige Sicherheitselement 70 zeigt daher bei Betrachtung die oben beschriebene Farbe-zu-Effekt-Passerung.The reflection-enhancing
Auch bei dieser Ausgestaltung kann die Umwandlung des Phasenwechselmaterials selbstverständlich auch durch Beaufschlagung mit Strahlung anderer Wellenlänge erfolgen. Es muss lediglich eine ausreichende Diskrimination zwischen der Strahlungsdurchlässigkeit innerhalb und außerhalb des Überdeckungsbereichs 66 sichergestellt sein, um eine selektive Umwandlung des Phasenwechselmaterials nur außerhalb des Überdeckungsbereichs 66 zu bewirken.In this configuration, too, the conversion of the phase-change material can, of course, also be carried out by exposure to radiation of a different wavelength. It is only necessary to ensure sufficient discrimination between the radiation transmission inside and outside of the
- 1010
- Banknotebank note
- 1212
- Sicherheitselementsecurity element
- 1414
- Motivmotive
- 1616
- Teilbereichssubdivision
- 1818
- Trägercarrier
- 2222
- erste Prägelackschichtfirst embossing layer
- 2424
- erste Prägestrukturfirst embossing structure
- 3232
- zweite Prägelackschichtsecond embossing layer
- 3434
- zweite Prägestruktursecond embossing structure
- 3636
- Lackbeschichtunglacquer coating
- 3838
- Absorberabsorber
- 40, 40'40, 40'
- reflexionserhöhende Beschichtunganti-reflective coating
- 4242
- Barriereschichtbarrier layer
- 4444
- Effektschichteffect layer
- 44-A, 44-K44-A, 44-K
- Materialzustände des PhasenwechselmaterialsMaterial states of the phase change material
- 4646
- Dielektrikumsschichtdielectric layer
- 4848
- Spiegelschichtmirror layer
- 5050
- Betrachterviewer
- 6060
- Infrarotstrahlunginfrared radiation
- 6464
- Freibereichfree area
- 6666
- Überdeckungsbereichcoverage area
- 7070
- Sicherheitselementsecurity element
- 7272
- zweite Prägelackschichtsecond embossing layer
- 80, 80'80, 80'
- reflexionserhöhende Beschichtunganti-reflective coating
- 8282
- Spiegelschichtmirror layer
- 8484
- Dielektrikumsschichtdielectric layer
- 8686
- Effektschichteffect layer
- 86-A, 86-K86-A, 86-K
- Materialzustände des PhasenwechselmaterialsMaterial states of the phase change material
- 8888
- Barriereschichtbarrier layer
- 9090
- Strahlungradiation
Claims (18)
- An optically variable security element for securing objects of value, the areal expansion of which defines a z-axis standing perpendicularly thereon, with a reflective areal region, wherein- the reflective areal region contains a primary structure in the form of a first embossing lacquer layer with a fist embossed relief structure,- the first embossing lacquer layer is covered partially by a secondary structure, so that on the first embossing lacquer layer there are overlap regions present with the secondary structure and there are free regions present without the secondary structure,- the primary structure and the secondary structure are supplied with a common reflection-enhancing coating, so that the reflection-enhancing coating is arranged in the overlap regions on the secondary structure and in the free regions on the primary structure,- characterized in that the reflection-enhancing coating contains a layer of a phase-change material, which produces a different color impression and/or a different reflectivity of the coating in the crystalline and the amorphous material state, and in that- in at least one section the phase-change material is present in the overlap regions in the amorphous state and in the free regions in the crystalline state, or vice versa.
- The security element according to claim 1, characterized in that the reflection-enhancing coating contains as the phase-change material GexSbyTez or AgxInySbzTew, in particular Ge2Sb2Te5 or Ag3In4Sb76Te17.
- The security element according to claim 1 or 2, characterized in that the phase-change material is present the reflection-enhancing coating as an effect layer with a layer thickness between 1 nm and 60 nm, in particular between 3 nm and 30 nm.
- The security element according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the reflection-enhancing coating forms a multilayer interference layer element, the different color impression of which is created by a different refractive index of the contained phase-change material in the crystalline and the amorphous state.
- The security element according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the difference in refractive index of the phase-change material in the crystalline and the amorphous state is greater than 0.2, in particular greater than 0.4 or even greater than 0.6, for a predetermined wavelength range of a size of at least 50 nm.
- The security element according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that- the reflective areal region shows at least two appearances recognizable from different viewing directions,- the secondary structure is formed by a second embossing lacquer layer with a second embossed relief structure that differs from the first relief structure, and the two embossed relief structures are arranged at different height levels in the z-direction and form a lower-level and a higher-level relief structure, and- the reflection-enhancing coating respectively follows the relief profile of the relief structure of the first and the second embossing lacquer layer.
- The security element according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the secondary structure is formed by a print, an etching mask or a washing-ink region.
- The security element according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the secondary structure is colorless and transparent in the visual spectral range and contains an absorber or reflector for a wavelength range outside of the visible spectral range, preferably that the secondary structure represents the stated second embossing lacquer layer with the second relief structure and forms the lower-level relief structure of the security element.
- The security element according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the secondary structure contains an absorber or reflector effective in the visible spectral range, preferably that the secondary structure represents the stated second embossing lacquer layer with the second relief structure and forms the higher-level relief structure of the security element.
- The security element according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the first relief structure and/or the second relief structure possibly forming the secondary structure are formed by micromirror arrangements with directionally reflective micromirrors, in particular with mirrors with non-diffractive effect, and preferably with planar mirrors, concave mirrors and/or or Fresnel-like mirrors.
- The security element according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the overlap regions and the free regions are formed at least in a partial region of the areal region as a regular or irregular grid with grid elements and grid spaces, wherein the dimensions of the grid elements and grid spaces in one or both lateral directions are below 140 µm, preferably between 20 µm and 100 µm, in particular between 20 µm and 60 µm.
- The security element according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that the overlap regions and the free regions are formed at least in a partial region of the areal region as an effect region in which the overlap regions and/or the free regions have lateral dimensions of more than 140 µm.
- The security element according to at least one of claims 1 to 12, characterized in that negative features are formed in the security element by gaps in the reflection-enhancing coating.
- A data carrier with an optically variable security element according to at least one of claims 1 to 13.
- A method for manufacturing an optically variable security element, in whichB) a carrier is made available, the areal expansion of which defines a z-axis standing perpendicularly thereon,A1) a first embossing lacquer layer is applied to the carrier in an areal region,P1) a first relief structure is embossed into the first embossing lacquer layer, whereby a primary structure is created in the form of the first embossing lacquer layer with the first embossed relief structure,A2) a secondary structure is applied to the first embossing lacquer layer, wherein the primary structure is partially covered and partially not covered by the secondary structure,R1) a reflection-enhancing coating is applied to a non-covered portion of the primary structure and to the secondary structure,R2) when applying the reflection-enhancing coating, a phase-change material is applied, which has a different refractive index in the crystalline and in the amorphous state and which is applied in a defined one of these material states to the stated, non-covered portion of the primary structure and to the secondary structure, andR3) radiation is applied to the phase-change material of the reflection-enhancing coating - optionally in at least one section of the security element - from the side of the primary and the secondary structure, so that the only partially present secondary structure has the effect of an exposure mask, whereby the material state of the phase-change material in the non-covered portion of the primary structure is changed by the action of radiation and the material state of the phase-change material remains unchanged on the secondary structure.
- The method according to claim 15, characterized in that the secondary structure is colorless and transparent in the visible spectral range and contains an absorber or reflector for a spectral range outside of the visible spectral range, and radiation from this spectral range outside of the visible spectral range, in particular UV radiation or medium IR radiation, is applied to the effect layer of the phase-change material.
- The method according to claim 15, characterized in that the secondary structure contains an absorber or reflector effective in the visible spectral range, and radiation from this visible spectral range is applied to the effect layer of the phase-change material.
- The method according to any of claims 15 to 17, characterized in that- in step A2) a second embossing lacquer layer is applied as the secondary structure to the first embossing lacquer layer, and that- between the step A2) and the step R1), in a step P2) there is embossed into the second embossing lacquer layer a second relief structure which differs from the first relief structure, so that the first relief structure and the second relief structure are arranged at different height levels in the z-direction with reference to the carrier.
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