EP4031380A1 - Herstellverfahren für ein sicherheitselement und sicherheitselement - Google Patents

Herstellverfahren für ein sicherheitselement und sicherheitselement

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EP4031380A1
EP4031380A1 EP20775818.6A EP20775818A EP4031380A1 EP 4031380 A1 EP4031380 A1 EP 4031380A1 EP 20775818 A EP20775818 A EP 20775818A EP 4031380 A1 EP4031380 A1 EP 4031380A1
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EP
European Patent Office
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polymer film
layer
structured
microfibril
laterally
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EP20775818.6A
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EP4031380B1 (de
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Tobias Sattler
Thomas Gerhardt
Michael Rahm
Christian Fuhse
Katalin Szendrei-Temesi
Kerstin GOTTSCHLING
Udo SCHAUMBURGER
Maik Rudolf Johann Scherer
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Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
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    • B42D25/43—Marking by removal of material
    • B42D25/445—Marking by removal of material using chemical means, e.g. etching

Definitions

  • the invention relates to a production method for a security element that generates a colorful, optically variable motif.
  • the invention further relates to such a security element.
  • Photosensitive layers which change their physical and chemical properties when they are exposed to irradiation by light are known in the prior art. They are mainly used for the production of micro and nanostructures. The structures are created with the help of UV lacquers or so-called photoresists, i.e. ultimately with the methods of microlithography.
  • color shift layer structures One way of producing layers with iridescent colors are so-called color shift layer structures. Although they can be applied over the entire surface of a substrate using a vapor deposition process, multicolored structures require many operations and are therefore complex to manufacture. In particular, registration problems must be taken into account in individual work steps.
  • Volume holograms are also known, which produce a three-dimensional image in the viewer through light diffraction and interference. Volume holograms store both the intensity and the phases of incident light rays in a light-sensitive medium.
  • the large-scale production of volume holograms is complicated and expensive, since complex equipment is required for exposure and, as a rule, expensive photoresists have to be used for production. From the publication M. Ito et al., "Stural color using organized microfibrillation in glassy polymer films", Nature, June 20, 2019, Vol. 570, pages 363-367, it is known to add a polymer by standing light waves network and thus to form a structure from microfibrils that create a colorful motif.
  • the invention is based on the object of specifying a production method for the simple production of a security element that generates a colored, optically variable motif, as well as such a security element.
  • the optically variable security element for producing documents of value has a polymer film and optionally a reflector layer arranged under the polymer film.
  • Laterally structured microfibrils are formed in the polymer film, which give the polymer film a color effect that appears as a colorful motif.
  • the microfibrils are produced according to the principle described in the Nature article mentioned. They are therefore organized according to standing light waves. These originate, for example, from the interference of coherent light rays, which lead to places of constructive interference in the polymer film and thus create a (usually locally varying) cross-linking in the polymer, which is then exposed using suitable solvents.
  • This microfibrillation process described in Nature is carried out in a variant 1 with a reflector layer that is structured laterally with regard to the degree of reflection and / or profiling, so that when loading In the incident light above the reflector layer, the interference between falling and back-reflected radiation and so ultimately the microfibril structure for the colorful motif is created.
  • the reflector layer ensures the networking in such a way that the microfibrils have the lateral structure that leads to the colorful motif.
  • the reflector layer can, for. B. be designed as a metallic mirror layer and are also removed after the microfibrillation process.
  • interference between two incident beams is generated in the polymer film. Then you do not need a reflector layer and can, for example, write a volume hologram directly into the polymer film.
  • the polymer film is thus designed by microfibrillation with regard to a color effect, in particular as a volume hologram, and has a sponge-like structure in which individual planes and / or holes are arranged periodically. This creates structure colors.
  • the polymer film is quasi "exposed" by light that is applied in the form of standing waves, whereby in variant 1 the lateral structuring of the reflector layer also structures the exposure, and is subsequently developed by solvent-based removal of the non-crosslinked components structured reflector layer for the exposure step, the motif is very easy to produce.
  • the reflector layer is modulated laterally, in particular pixelated. This can be done, for example, in the form of a pixel structure. Additionally / alternatively, the distance between the reflector layer and the polymer layer can also be modulated laterally.
  • the degree of reflection can be varied, for example, via the thickness of a metallic layer, which can fluctuate between a maximum reflective layer thickness and zero.
  • Metals such as Al, Cu, Cr, Ni, Au, Ag etc. and their alloys are preferred as materials for the reflector layer, as well as ZnS, SiO2, MgF2 or thin-film interference layer systems known from the prior art. Special dielectrics or layer systems made from the materials mentioned are also possible.
  • the reflector layer When microfibrillation is formed, the reflector layer generates an intensity modulation of a depicted motif in the polymer, which in turn leads to the formation of laterally structured microfibrils during the development process. These can be viewed as laterally structured Bragges that cause a color component. In particular, a laterally varying structuring of the polymer film can then be dispensed with. Since a reflector layer can be produced relatively easily and structured laterally, these embodiments have particular advantages with regard to ease of production. However, they are difficult to imitate or even fake.
  • the polymer film laterally with regard to the color effect.
  • This can e.g. B. can be achieved by appropriate exposure to standing light waves that differ laterally, spectrally and / or in intensity.
  • the microfibril structure provides a type of volume hologram.
  • the polymer film is exposed in embodiments, as is known for reflection, transmission or Denisjuk holograms.
  • the reflector layer is designed as a relief structure which has a corresponding relief to represent a motif, so that during exposure the light reflected from this laterally structured surface in the sense of an object beam with the incident beam, which serves as a reference, in the polymer layer to overlay and thus interference occurs.
  • the surface relief ensures phase modulation of the light reflected by the reflective layer, so that this relief structure has an effect on the color effect.
  • the relief structure can in particular bring about a laterally varying distance between the polymer layer and reflector layer. It can be produced with the methods of micro- and nanolithography and transferred or multiplied by various embossing processes.
  • the relief structure can have: plateaus in different flea levels, which influence the color effect, at different distances from the polymer structure, micromirrors, a blazed grating structure, a Fresnel structure, a moth's eye structure, a subwavelength grating with sharp or rounded edges, a sinusoidal grating structure, a columnar structure or a Step grating structure with sloping or vertical flanks.
  • Various of these grid structures can also be used in adjacent areas.
  • the relief structure can be designed as a free-form surface.
  • motifs typical of banknotes can be displayed, with three-dimensional motifs also being possible.
  • the optically variable effect is at suitable lighting can also be observed without a laterally structured reflective layer.
  • the microfibril structure generates a multicolored pixel image, with a pixel structure which brings about the pixel image being formed in the reflector layer (if not removed), the polymer layer or in the case of the.
  • the microfibril structure is structured perpendicular to the surface of the polymer film.
  • the sponge-like structure of the polymer film, in which the individual layers and / or the holes are arranged, is produced in such a way that the standing waves with which the polymer film is exposed are applied in such a way that the microfibril structure does not form periodically when the Polymer film comes into contact with the solvent. This can be achieved, for example, by irradiating the polymer layer with standing waves of different wavelengths.
  • sturgeon sites are specifically built into the microfibril structure.
  • individual layers in the microfibril structure that are made thicker or thinner than the other layers of the microfibril structure through the irradiation with the standing waves and the subsequent solvent-based removal of non-crosslinked components in the polymer film are designated as defects. This creates a minimum / maximum in the reflection spectrum within the highly reflective area (band gap) and the color impression changes compared to a periodic formation of the microfibril structure.
  • the thickness of the layers of the microfibril structure is formed by irradiating the polymer structure with the standing waves in such a way that the thickness of the layers increases continuously or gradually the further away the layers are from the substrate.
  • the increase in the thickness of the layers can be achieved, for example, by using different photoinitiators, the further the layers are away from the substrate.
  • Photoinitiators are chemical compounds that break down after they have absorbed light, thus forming reactive particles that can start a reaction. The photoinitiators are exposed to light sources of different wavelengths and this results in different layer thicknesses in the different layers, e.g.
  • Photoinitiators are chemical compounds that break down after they have absorbed light, thus forming reactive particles that can start a reaction. The photo initiators are exposed to light sources of different wavelengths and this results in different layer thicknesses in the different layers.
  • different polymer materials are used for the individual polymer layers and the same photoinitiator. Different polymers produce different band gaps because the layer thicknesses and the refractive indices vary depending on the polymer.
  • execution forms several polymer films of different polymers are applied in several operations, and the exposure and development are carried out in one operation. Development here means the solvent-based removal of the non-crosslinked constituents of the polymers. Different developer mixtures, such as concentrations of acetic acid in water or mixtures of acetic acid in different solvents, develop the different layers of the microfibril structure in the polymer film at different speeds.
  • the described layer thickness variation is achieved in that the development time, i.e.
  • the time required by individual layers for the solvent-based removal of the non-crosslinked components of the polymers is set differently for the layers so that, for example, upper layers are already fully developed and lower not yet, or only partially.
  • One type of polymer and photoinitiator can be used throughout, and exposure and development are carried out in one operation.
  • developer mixtures can be used not only for structuring the microfibril structure perpendicular to the surface of the polymer film, but also for lateral structuring.
  • Different developer mixtures can be used laterally next to one another on the polymer film in order to achieve different degrees of development laterally and thus different structural colors.
  • the developer mixtures are applied laterally to the polymer film with a time offset. This can be done in two work steps, for example. First, a developer mix is applied to a first location on the polymer film. Then the same developer mixture is also applied to a second point on the polymer film. At the At the first point on the polymer film, the developer mixture therefore has more time to interact with the polymer film than at the second point, and development has progressed further at the first point, as a result of which different structural colors are generated at laterally different points.
  • the polymer layer is designed to be elastically or plastically deformable.
  • a reversible or irreversible change in the color of the polymer layer can be produced by mechanical pressure on part or the entire surface of the polymer layer by changing the layer thickness of the polymer layer.
  • the color or the reflected (or transmitted) wavelength of the polymer layer is changed by changing its layer thickness; the thinner the layer, the more the color impression shifts to bluish. If the polymer layer is red, for example, and mechanical pressure is exerted on it with a finger, the polymer layer is compressed in this area, the layer thickness becomes smaller and the structure color can change from red to yellow and green to blue, for example .
  • a plastic and thus permanent deformation of the polymer layer takes place, for example, using an embossing process, preferably using intaglio printing.
  • the sponge-like structure of the polymer film consists of microfibrils and cavities. If these cavities are at least partially open-pored, they can, according to a further embodiment, be filled with a liquid or gaseous medium. If, for example, part of the cavities is filled with water and air remains in another part, regions in the area of the filled cavities will have different colors, because air has a refractive index of 1 and water of 1.33. It is also possible for the polymer layer to become transparent when the refractive index of the microfibrils and of the medium in the cavities are the same. According to a further preferred embodiment, the reflector layer can remain on the polymer layer. Alternatively, the polymer layer can be coated with a dark or black color on the surface facing away from viewing.
  • the polymer layer can be modified by adding carbon black or carbon black in order to bring out the best of the interference colors.
  • transparent high-index particles for example made from 1102 are added to the polymer so that the difference in refractive index between the fibrillated layers and continuous layers is increased further. Suppression with a diffusely scattering color also leads to different, in particular complementary colors in the case of a specular or non-specular view.
  • a security element is provided that is manufactured or obtainable using one of the manufacturing processes mentioned.
  • the polymer layer according to the invention is cured in a subsequent process step.
  • the hardening takes place particularly preferably by irradiating the polymer layer with ultraviolet radiation.
  • a further increase in the resistance of the polymer layer and of the reflector layer remaining on the polymer layer results from embedding the polymer layer between protective layers and / or the foils.
  • the invention also relates to a value document with a security element of the type mentioned.
  • the value document is designed, for example, as a bank note or check.
  • the security element according to the invention can be combined with any other security elements of the document of value, for example holograms, micromirrors, e.g. with running effects or 3D surfaces (Fresnel-like), micro-concave mirrors or subwavelength structures.
  • This is preferably done in each case in such a way that the reflective layer generates the reflection for generating the standing wave and generates the other features described in other lateral subregions.
  • the part that generates the standing wave is removed after exposure, which can be done, for example, by etching. It can also be combined with the following features: magnet, conductivity, fluorescence, phosphorescence.
  • These arbitrary other security elements are particularly preferably arranged laterally next to the microfibrils.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a bank note with several security elements
  • FIG. 2 shows a sectional illustration through one of the security elements of FIG. 1
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a polymer layer in the security element of FIG. 2
  • FIG. 4 shows a security element similar to that of FIG. 2, but with a reflector layer structured in a pixel-like manner
  • FIG. 5 shows a sectional illustration similar to FIG. 2, but with a polymer layer structured in a pixel-like manner
  • FIGS. 4 and 5 shows a representation similar to FIGS. 4 and 5, with both the reflector layer and the polymer layer being structured in a pixel-like manner
  • FIG. 8 shows an illustration of an embodiment similar to FIG. 2 for providing a security feature in the form of a volume hologram
  • FIG. 9 shows an illustration of an embodiment for providing a security feature in the form of a volume hologram, two interfering beams being used in the clearance position.
  • Fig. 1 shows schematically a plan view of a banknote 2, which has several security elements.
  • One security element 4 is designed in the form of a patch, another security element in the form of a security strip or security thread 6.
  • the specific two-dimensional design of the security element can be selected as a function of the application. The description below relates purely by way of example to the security element 4.
  • Fig. 2 shows a sectional view through the security element 4. It is placed on a substrate 8, for example banknote paper of the banknote 2, an intermediate carrier also being used as the substrate 8 can, which is then applied to a banknote paper of the banknote 2, so that the security element 4 is then formed as a so-called transfer element.
  • a polymer layer 12 which has been provided with a microfibril structure 13 from its upper side 14 using the process described in the above-mentioned Nature article.
  • FIG. 3 shows schematically in FIG. 3 and organized in accordance with standing waves that arose from interference between an object and a reference beam.
  • Variant 1 works with a reflector layer under the polymer layer. Then an incident beam is the reference beam, the beam reflected at the reflector layer is the object beam.
  • the object and reference beams are irradiated independently.
  • the microfibril structure 13 comprises microfibrils 13a and cavities 13b (cf. FIG. 3).
  • it is generated by irradiating a commercially available, flat polymer such as a polystyrene or polycarbonate film or a corresponding film (preferably parallel to its surface normal) with radiation whose coherence length is greater than the thickness of the polymer layer 12 is. UV radiation is preferably used.
  • a reflector layer under the polymer layer 12 cf. FIGS. 3-8), so that the object beam is created in back reflection.
  • the object and reference beams are irradiated independently.
  • the thickness of the polymer layer 12 is less than the coherence length of the radiation (s) used, as a result of which standing waves are formed within the polymer layer 12.
  • the po- lymer networked At wave peaks where the intensity of the standing waves is maximum, the po- lymer networked, and a periodic mechanical stress field is formed between networked and non-networked areas, the latter being at nodes of the standing waves.
  • the polymer is preferably mixed with an additional photoinitiator.
  • the microfibril structure 13 exposed in this way is then formed according to FIG. 3, individual levels of the micro-eyeglasses 13a and the cavities 13b being automatically arranged periodically according to the standing wave structure.
  • the polymer layer 12 when exposed and developed in this way, produces a laterally modulated color effect which, in variant 1, is influenced by a lateral structuring of the reflector layer 10 underneath during exposure - even if the polymer layer 12 in the security element has no underlying Reflector layer 10 is used.
  • the microfibril structure 13 consisting of microfibrils 13 a and cavities 13 b can be structured laterally, that is to say transversely to the surface 14.
  • 3A shows an embodiment in which a wide-field exposure 16 exposes the entire polymer layer 12 uniformly.
  • An additional laterally structured reflector layer 10 creates a laterally structured microfibril structure 13 and thus the colorful motif.
  • the substrate 8 on which the polymer layer 12 is located is not shown here and below. It can be arranged between the polymer layer 12 and the reflector layer 10 or on the upper side or the side of the polymer layer 12 facing the exposure 16. In both cases, the substrate 10 must be transparent to the illumination wavelengths required for structuring the polymer layer 12.
  • FIG. 3B shows that by using a mask 18 a structured exposure can also take place.
  • the mask 18 blocks the wide-field exposure 16 at individual points, so that light can only incident on the polymer layer 12 at the gaps in the mask 18. Accordingly, light can only be reflected on the reflector layer in these areas and interfere with the incident light, provided that there is a reflection effect in these illuminated areas. The color effect is only created at the points where light falls through the mask and is also reflected at the same time on the reflector layer.
  • a structuring for. B. to form pixelation in the polymer layer 12, this pixelation having an effect on the color.
  • the exposure can also take place with different wavelengths, so that the color tone generated by the polymer layer 12 laterally under different, z. B. with three-colored pixels, which are formed from sub-pixels in primary colors (z. B. red, green, blue) can be.
  • z. B. three-colored pixels, which are formed from sub-pixels in primary colors (z. B. red, green, blue) can be.
  • several wide-field exposures 16a, 16b at different wavelengths or in different wavelength ranges are used one after the other.
  • the additional lateral structuring takes place by means of different masks 18a, 18b, which each act on the corresponding wide-field exposure 16a, 16b.
  • 3C illustrates these exposures taking place sequentially one after the other in a common representation.
  • the multicolor is not restricted to two colors, of course; similarly, three, four or more different exposure steps can also take place, each exposure step exposing a different partial surface area of the polymer layer 12 and providing it with a color effect.
  • each exposure step exposing a different partial surface area of the polymer layer 12 and providing it with a color effect.
  • the polymer layer 12 is developed by using the solvent in order to form the laterally structured microfibril structure 13.
  • the mask remains on the security feature, for example in order to form holograms or other optically variable features in certain areas.
  • a metal layer existing in certain areas is preferably used as a mask for this purpose.
  • the mask is preferably removed from the polymer layer in areas after exposure.
  • the mask remaining on the substrate is particularly preferably transparent in the visible spectral range (ie not visible or at least inconspicuous in the end product) and opaque or at least semitransparent in the UV range.
  • the mask consists, for example, of a 50 nm thick layer of T1O2. This is largely transparent in the visible range, but shows only a very low transmission in the UV range at wavelengths around or below 300 nm.
  • the mask can be separated from the film web.
  • the tilt angle-dependent color effect is also created by interference when illuminated - possibly even without a reflector layer 10.
  • the microfibrils are created during the development of the polymer layer, with their spacing from one another can deviate from the original distance between the corrugations when imprinted due to the development process. In this way it is possible for exposure wavelengths in the UV range after the development of the polymer layer to have the Bragg maxima during observation in the visible range of the spectrum.
  • An alternative to wide-field exposure is exposure with a scanned light beam 20 (for example from a laser or an LED), which has the required coherence length and is deflected over the polymer layer 12 according to a scan pattern 22. This is shown in FIG. 3D.
  • the wavelength of the laser radiation can be designed differently at the individual locations in order to generate a lateral structuring of the polymer layer 12 with regard to the color effect.
  • These additional structuring options allow e.g. B. to provide the reflector layer 10 with a pixel structure for the motif, which relates to the brightness, and to provide each pixel with its color-setting subpixels through the additional structuring (masks or raster).
  • the laterally structured reflector layer 10 below the polymer layer 12 can be present over the entire area, as shown in FIGS. 2 and 3, and also over part of the area. 4 shows a pixelation of the reflector layer 10 consisting of reflector pixels 24 with high reflection and reflector pixels 26 with low reflection or without reflection.
  • the standing wave then only forms at the pixels at which the reflector layer 10 has sufficient reflection, or the intensity depends on the degree of reflection and / or the pixel area coverage. In this way, a colored, rasterized pixel image can be generated.
  • the exposure can also result in additional rastering of the polymer layer 12, so that this polymer layer has pixels 28 and 30, as FIG Developing with the solvent the color impression differs. This makes a colorful pixel image possible. Of course, more than two different types of pixels are also possible.
  • FIGS. 4 and 5 can of course also be combined, as FIG. 6 shows.
  • the pixel grid of reflector pixels and polymer layer pixels does not necessarily have to be identical, even if this can be an advantage.
  • the brightness of an individual color within a color pixel which is formed by a polymer layer pixel can be set as a function of location.
  • the brightness for each color point for creating a motif can thus be freely selected.
  • both the polymer layer 12 and the reflector layer 10 have a pixel structure, the pixel density in the reflector layer 10 being at least twice the pixel density of the polymer layer 12.
  • the reflector layer 10 is responsible for the intensity at one point and the polymer layer 12 is responsible for the color can thus be used particularly favorably.
  • Fig. 7 shows an embodiment in which the reflector layer 10 has plateaus 32, 34, 36 at different heights. This makes use of the fact that the path length of the reflected radiation is relevant for the placement of the nodes and wave antinodes of the standing waves within the polymer layer. Due to the different height levels, i.e. from the distances of the plateaus 32, 34, 36 to the polymer layer 12, each plateau 32, 34, 36 generates a different color intensity with an otherwise unchanged polymer layer 12. This approach comes in particular with a non-structured polymer layer 12, like them is obtained, for example, with the wide-field exposure 16 according to FIG. 3A, in question, in order to distribute different color intensities in a laterally structured manner.
  • the reflector layer 10 has a relief structure on its side facing the polymer layer 12.
  • a security element similar to a volume hologram can be generated in a particularly simple manner in that the relief structure is designed in such a way that it reflects, for example, a three-dimensional optical impression.
  • the exposure with this reflector layer 10 then creates a corresponding object beam and a total of a polymer containing microfibrils, the microfibrils functioning similarly to the Braggens in a volume hologram that offers a three-dimensional display from a wide variety of angles.
  • the manufacturing method in variant 2 according to FIG.
  • the object and reference beams are radiated as separate beams 42, 44 capable of interference.
  • the object beam 44 does not originate from the back reflection of the reference beam, as was the case with variant 1. It is therefore not a reflector Shift provided. Rather, the object beam 44 is modulated as in the case of a holographic recording of an object 46. Alternatively, the modulation is generated by means of optical beam shaping elements (eg DMD or similar).
  • the two (or more) beams can be irradiated from the same or from opposite sides of the polymer layer 12.
  • the light source can expose the polymer layer in the form of a polymer film over its entire area and over part of its area.
  • a deflectable, strongly focused light beam e.g. laser
  • Fig. 3D a deflectable, strongly focused light beam
  • micro-LED spatial light modulator
  • DMD digital micromirror device
  • DOE diffractive optical element
  • a full or at least partial area lighting can also be provided by a self-illuminating display or a self-illuminating screen.
  • the display or the screen illuminates the entire surface or the polymer in a pattern.
  • the exposure can alternatively also be arranged in lines. Nete LEDs take place, the line being aligned parallel to the axis of rotation of a roller.
  • the polymer is illuminated directly by the LEDs or by imaging optics between the LEDs and the polymer. In all cases, a coherent superposition of an object beam and a reference beam in the polymer is required.
  • the microfibrillation process has the advantage that by using DOE / SLM / DMD in combination with LEDs or lasers as a light source, light can be modulated on micrometer length scales. Resolutions of up to 25,000 DPI can thus be achieved with the microfibrillation process. At the same time, the flexibility of the optical elements enables a high degree of customization. Since the microfibrils that represent the Bragges are embedded in the polymer film, no impressions or impressions can be made for counterfeiting purposes, which leads to a high degree of protection against forgery. b. Variation of the wavelength:
  • Irradiation with light of different wavelengths produces different structural colors.
  • the exposures could be generated one after the other or simultaneously by means of a differently colored display on the display, monochromatic lasers or LEDs with different emission wavelengths.
  • the polymer film could, for example, be covered with different masks 18 one after the other and exposed to monochromatic radiation through them (FIG. 3D).
  • the reflective layer underneath the polymer can be present over the entire area or over part of the area. If the reflective layer is over the entire surface, a pixel-by-pixel rasterization of the color could only take place via the modulation of the light source. If the reflective layer is rasterized, standing waves are only formed in the pixels below which a reflective layer is present. It is thus possible to create a raster.
  • the embossed structure can consist of all possible relief structures such as micromirrors, Fresnel-like micromirrors, blazed gratings, moth-eye structures, subwavelength gratings, sinusoidal gratings, man-hattan gratings or Aztec structures. Structuring by applying a dark color, for example, is also possible, the color being applied to the side of the relief structure that faces the lighting.
  • These and other structures can also be arranged next to one another or overlay one another. For example, it is possible to use moth-eye structures or other light-absorbing structures to suppress the reflection in certain areas and to not generate any microfibrils in the polymer layer in these areas.
  • the relief master can either a) be located directly on the foil and remain there, b) be located directly on the foil and, after exposure, be peeled off in a transfer step or at least partially removed (for
  • a monochrome, iridescent pixel image can be produced.
  • the motifs produced have a resolution of up to 25,000 DPI.
  • the use of the pixel image is also advantageous for security features with micro-imaging elements such as microlenses, wherein the pixel image can function as a micro-structure image in the focal plane of the micro-imaging elements.
  • a multicolored, iridescent pixel image can be produced. By varying the area coverage of colored areas, different saturations of the hue can also be produced.
  • the motifs produced have a resolution of up to 25,000 DPI. Because of the high resolution, the use of the pixel image is also sensible for security features with micro-imaging elements such as micro-lenses. This would make it possible to upgrade existing microlens features in the bank note market, as these have only been single-colored to date.
  • Microfibrillation holograms are volume holograms that are produced using the microfibrillation process. With the microfibrillation process, a photoresist can be replaced by the polymer film, e.g. commercially available polymers mixed with small amounts of photoinitiators. The production process is otherwise identical to the usual production of volume holograms by exposure to interfering rays. Thus, the hologram can be recorded in all of the forms already described, such as. B. as a reflection, transmission or Denisjuk hologram.
  • the hologram can also be produced without using a material object.
  • the object beam can be generated by using an SLM or DMD (reflection hologram only).

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Abstract

Es wird beschrieben ein Herstellungsverfahren für ein Sicherheitselement (4) zur Herstellung von Wertdokumenten, wie Banknoten (2), Schecks oder dergleichen, wobei das Herstellungsverfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Polymerfilms (12) und Bilden einer lateral strukturierten Mikrofibrillenstruktur (13) in dem Polymerfilm (12) durch Einwirken von stehenden Lichtwellen (16, 16, 16b) durch Interferenz einer Referenzstrahlung mit einer modulierten Objektstrahlung zu einer ortsabhängigen Vernetzung im Polymerfilm (12) und Entwickeln mit einem Lösungsmittel, so dass der Polymerfilm (12) in Draufsicht auf das Sicherheitselement (4) ein buntes optisch variables Motiv erzeugt.

Description

Herstellverf ahren f ür ein
S i cherheitselement und Sicherheitselement Die Erfindung betrifft ein Herstellverfahren für ein Sicherheitselement, das ein buntes, optisch variables Motiv erzeugt. Die Erfindung betrifft weiter sol ches Sicherheitselement.
Im Stand der Technik sind fotosensitive Schichten, die ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften ändern, wenn sie der Bestrahlung durch Licht ausgesetzt sind, bekannt. Sie werden vor allem für die Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen eingesetzt. Die Strukturen werden mithilfe von UV-Lacken oder sogenannten Photoresists erzeugt, also letztlich mit Metho den der Mikrolithographie.
Eine Möglichkeit, Schichten mit irisierenden Farben herzustellen, sind soge nannte Color-Shift-Schichtaufbauten. Sie können zwar über ein Bedamp fungsverfahren vollflächig auf ein Substrat aufgebracht werden, mehrfarbige Strukturen erfordern jedoch viele Arbeitsgänge und sind damit aufwändig herzustellen. Insbesondere sind Registerhaltigkeitsprobleme bei einzelnen Arbeitsschritten zu beachten.
Ebenfalls bekannt sind Volumenhologramme, die durch Lichtbeugung und Interferenz beim Betrachter ein dreidimensional wirkendes Bild erzeugen. Volumenhologramme speichern sowohl Intensität als auch Phasen einfallen der Lichtstrahlen in einem lichtsensitiven Medium. Die großtechnische Her stellung von Volumenhologrammen ist kompliziert und teuer, da für die Be lichtung eine aufwändige Apparatur erforderlich ist und in der Regel sein- teure Photoresists zur Herstellung verwendet werden müssen. Aus der Publikation M. Ito et al., „Structural colour using organized micro- fibrillation in glassy polymer films", Nature, 20. Juni 2019, Vol. 570, Seiten 363-367, ist es bekannt, ein Polymer durch stehende Lichtwellen zu vernetzen und somit eine Struktur aus Mikrofibrillen zu bilden, die ein buntes Mo- tiv erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren zur einfachen Produktion eines Sicherheitselements, das ein buntes, optisch variables Motiv erzeugt, sowie ein solches Sicherheitselement anzugeben.
Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert; die abhängi gen Ansprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen.
Das optisch variable Sicherheitselement zur Herstellung von Wertdokumen- ten, wie Banknoten, Schecks oder dergleichen weist einen Polymerfilm und optional eine unter dem Polymerfilm angeordnete Reflektorschicht auf. Im Polymerfilm sind lateral strukturierte Mikrofibrillen gebildet, die dem Polymerfilm einen Farbeffekt verleihen, der als ein buntes Motiv erscheint. Die Mikrofibrillen sind dabei gemäß dem Prinzip erzeugt, wie es im genannten Nature- Artikel beschrieben ist. Sie sind folglich gemäß stehender Lichtwellen organisiert. Diese stammen z.B. aus der Interferenz kohärenter Lichtstrahlen, die zu Orten konstruktiver Interferenz im Polymerfilm führen und so eine (i.d.R. lokal variierende) Kreuzvernetzung im Polymer erzeugen, die dann mittels geeigneter Lösungsmittel freigelegt wird.
Dieses, in Nature beschriebene Mikrofibrillierungsverfahren wird in einer Variante 1 mit einer Reflektorschicht ausgeführt, die lateral strukturiert ist hinsichtlich Reflexionsgrad und/ oder Profilierung, so dass dadurch bei Be- lichtung im Auflicht über der Reflektorschicht die Interferenz zwischen ein fallender und rückreflektierter Strahlung und so letztlich die Mikrofibrillen struktur für das bunte Motiv entsteht. Die Reflektorschicht sorgt für die Ver netzung derart, dass die Mikrofibrillen die laterale Struktur haben, die zum bunten Motiv führt. Die Reflektorschicht kann z. B. als metallische Spiegel schicht ausgebildet sein und nach dem Mikrofibrillierungsverfahren auch entfernt werden. In einer Variante 2 wird im Polymerfilm Interferenz zwi schen zwei einfallenden Strahlen erzeugt. Dann benötigt man keine Reflek torschicht und kann z.B. ein Volumenhologramm direkt in den Polymerfilm einschreiben.
Der Polymerfilm ist somit durch Mikrofibrillation hinsichtlich eines Farbef- fektes, insbesondere als Volumenhologramm, ausgestaltet und weist eine schwammartige Struktur auf, in der einzelne Ebenen und/ oder Löcher perio- disch angeordnet sind. Hierdurch werden Strukturfarben erzeugt.
Der Polymerfilm wird durch Licht, das in Form stehender Wellen aufge bracht wird, quasi „belichtet", wobei in Variante 1 die laterale Strukturierung der Reflektorschicht auch die Belichtung strukturiert, und nachfolgend durch lösungsmittelbasiertes Entfernen der nicht vernetzten Bestandteile entwi ckelt. Dadurch dass die lateral strukturierte Reflektorschicht für den Belich tungsschritt wirkt, ist das Motiv sehr einfach herzustellen.
Besonders vorteilhaft und umweltschonend ist die Verwendung von wasser- löslichen Polymeren, wie beispielsweise PVA, PA, PVP, PAA oder PAM. Bei diesen können die nichtvernetzten Bereiche nur mittels Wasser und somit ohne Lösungsmittel entfernt werden. In Ausführungsformen ist die Reflektorschicht lateral reflexionsgradmodu liert, insbesondere pixeliert. Dies kann beispielsweise in Form einer Pixel struktur erfolgen. Zusätzlich/ alternativ kann auch der Abstand der Reflektorschicht zur Polymerschicht lateral moduliert sein. Der Reflexionsgrad kann zum Beispiel über die Dicke einer metallischen Schicht variiert werden, die zwischen einer maximal reflektierenden Schichtdicke und Null schwan ken kann. Als Materialien für die Reflektorschicht kommen bevorzugt Metalle wie Al, Cu, Cr, Ni, Au, Ag etc. sowie deren Legierungen infrage, ebenso wie ZnS, Si02, MgF2 oder aus dem Stand der Technik bekannte Dünnfilm- Interferenzschicht-Systeme. Auch spezielle Dielektrika oder Schichtsysteme aus den genannten Materialien sind möglich.
Die Reflektorschicht erzeugt bei der Mikrofibrillierungsbildung eine Intensitätsmodulation eines dargestellten Motivs im Polymer, die wiederum wäh- rend des Entwicklungsprozesses zur Bildung lateral strukturierter Mikro fibrillen führt. Diese können als lateral strukturierte Braggebenen betrachtet werden, die eine Farbkomponente bewirken. Insbesondere kann dann auf eine lateral variierende Strukturierung des Polymerfilms verzichtet werden. Da eine Reflektorschicht relativ einfach hergestellt und lateral strukturiert werden kann, haben diese Ausführungsformen besondere Vorteile hinsicht lich einfacher Herstellbarkeit. Dennoch sind sie schwer nachzuahmen oder gar zu fälschen.
Natürlich ist es als Alternative oder als zusätzliche Weiterbildung gleicher- maßen möglich, den Polymerfilm hinsichtlich des Farbeffektes lateral zu strukturieren. Dies kann z. B. durch entsprechende Belichtung mit stehenden Lichtwellen erreicht werden, die lateral, spektral und/ oder in der Intensität unterschiedlich sind. Die Mikrofibrillenstruktur stellt in Ausführungsformen eine Art Volumen hologramm bereit. Dazu wird in Ausführungsformen der Polymerfilm be lichtet, wie dies für Reflexions-, Transmissions- oder Denisjuk-Hologramme bekannt ist. In anderen Ausführungsformen wird die Reflektorschicht als Re- liefstruktur ausgebildet, welche ein entsprechendes Relief zum Darstellen ei nes Motivs aufweist, so dass beim Belichten das von dieser lateral struktu rierten Oberfläche reflektierte Licht im Sinne eines Objektstrahls mit dem einfallenden Strahl, der als Referenz dient, in der Polymerschicht zur Überla gerung und damit Interferenz kommt. Das Oberflächenrelief sorgt für eine Phasenmodulation des von der Reflexionsschicht reflektierten Lichts, so dass diese Reliefstruktur sich auf den Farbeffekt auswirkt.
Die Reliefstruktur kann insbesondere einen lateral variierenden Abstand zwischen Polymerschicht und Reflektorschicht bewirken. Sie kann mit den Methoden der Mikro- und Nanolithographie hergestellt und durch diverse Prägeverfahren übertragen oder vervielfacht werden. Insbesondere kann die Reliefstruktur aufweisen: Plateaus in verschiedenen, den Farbeffekt beein flussenden Flöhenniveaus unterschiedlichen Abstandes zur Polymerstruktur, Mikrospiegel, eine geblazede Gitterstruktur, eine Fresnelstruktur, eine Mot- tenaugenstruktur, ein Subwellenlängengitter mit scharfen oder abgerunde ten Kanten, eine Sinusgitterstruktur, eine Säulenstruktur oder eine Stufengit terstruktur mit schrägen oder senkrechten Flanken. In nebeneinander liegen den Bereichen können auch verschiedene dieser Gitterstrukturen zur An wendung kommen. Die genannten Strukturen können sich auch überlagern, vor allem, wenn die mittleren Perioden oder Quasiperioden bzw. die Einzel strukturgrößen unterschiedliche Größenordnungen aufweisen. Ganz allge mein kann die Reliefstruktur als Freiformfläche ausgeführt sein. Beispiels weise können banknotentypische Motive dargestellt werden, wobei auch dreidimensionale Motive möglich sind. Die optisch variable Wirkung ist bei geeigneter Beleuchtung auch ohne lateral strukturierte Reflexionsschicht be obachtbar.
In weiteren Ausführungsformen erzeugt die Mikrofibrillenstruktur ein mehrfarbiges Pixelbild, wobei eine Pixelstruktur, die das Pixelbild bewirkt, in der Reflektorschicht (soweit nicht entfernt), der Polymerschicht oder bei den ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine Strukturierung der Mikro- fibrillenstruktur senkrecht zur Oberfläche des Polymerfilms. Dabei wird die schwammartige Struktur des Polymerfilms, in der einzelne Schichten und/o- der Löcher angeordnet sind, derart erzeugt, dass die stehenden Wellen, mit denen der Polymerfilm belichtet wird, so aufgebracht werden, dass sich die Mikrofibrillenstruktur nicht periodisch ausbildet, wenn der Polymerfilm in Kontakt mit dem Lösungsmittel kommt. Dies kann beispielsweise durch die Bestrahlung der Polymerschicht mit stehenden Wellen unterschiedlicher Wellenlänge realisiert werden.
In einer ersten Variante dieser Ausführungsform werden gezielt Stör stellen in die Mikrofibrillenstruktur eingebaut. Als Störstellen werden beispiels weise einzelne Schichten in der Mikrofibrillenstruktur bezeichnet, die durch die Bestrahlung mit den stehenden Wellen und das anschließende lösungsmittelbasierte Entfernen nicht vernetzter Bestandteile im Polymerfilm gezielt dicker oder dünner gestaltet werden, als die übrigen Schichten der Mikro- fibrillenstruktur. Dadurch entsteht im Reflexionsspektrum innerhalb des hochreflektierenden Bereichs (Bandlücke) ein Minimum/Maximum und der Farbeindruck verändert sich im Vergleich zu einer periodischen Ausbildung der Mikrofibrillenstruktur. In einer zweiten Variante dieser Ausführungsform werden die Schichten der Mikrofibrillenstruktur hinsichtlich ihrer Dicke durch die Bestrahlung der Po lymerstruktur mit den stehenden Wellen derart ausgebildet, dass die Dicke der Schichten kontinuierlich oder graduell ansteigt, je weiter die Schichten vom Substrat entfernt liegen. Dies erzeugt eine Verbreiterung des Reflexions spektrums. Der Anstieg der Dicke der Schichten kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass unterschiedliche Photoinitiatoren verwendet werden, je weiter die Schichten vom Substrat wegliegen. Photoinitiatoren sind chemische Verbindungen, die nach Absorption von Licht zerfallen und so reaktive Teilchen bilden, die eine Reaktion starten können. Die Photoiniti atoren werden mit Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge belichtet und dadurch entstehen in den unterschiedlichen Schichten unterschiedliche Schichtdicken, z.B. kann für die Schichten, die näher am Substrat liegen, ein Photoinitiator A, für die Schichten, die weiter vom Substrat wegliegen, ein anderer Photoinitiator B und für die Schichten, die am weitesten vom Sub strat wegliegen ein anderer Photoinitiator C eingesetzt werden. Photoinitiatoren sind chemische Verbindungen, die nach Absorption von Licht zerfallen und so reaktive Teilchen bilden, die eine Reaktion starten können. Die Photo initiatoren werden mit Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge belichtet und dadurch entstehen in den unterschiedlichen Schichten unterschiedliche Schichtdicken.
In Abwandlungen werden unterschiedliche Polymermaterialien für die ein zelnen Polymerschichten und der gleiche Photoinitiator verwendet. Unter- schiedliche Polymere erzeugen unterschiedliche Bandlücken, weil die Schichtdicken und die Brechungsindizes je nach Polymer variieren. In Ausführongsformen werden mehrere Polymerfilme unterschiedlicher Polymere in mehreren Arbeitsgängen aufgebracht, und die Belichtung und Ent wicklung wird in einem Arbeitsgang ausgeführt. Unter Entwicklung ist hier das lösungsmittelbasierte Entfernen der nicht vernetzten Bestandteile der Po- lymere zu verstehen. Unterschiedliche Entwicklermischungen, wie beispiels weise Konzentrationen von Essigsäure in Wasser oder Mischungen von Es sigsäure in unterschiedlichen Lösungsmitteln, entwickeln die unterschiedlichen Schichten der Mikrofibrillenstruktur im Polymerfilm mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. In Abwandlungen wird die beschriebene Schichtdi- ckenvariation erzielt, indem die Entwicklungsdauer, also die Dauer, die ein zelne Schichten zum lösungsmittelbasierten Entfernen der nicht vernetzten Bestandteile der Polymere benötigen, für die Schichten unterschiedlich eingestellt wird, so dass z.B. obere Schichten bereits voll entwickelt sind und untere noch nicht, oder nur teilweise. Dabei kann durchgängig eine Art von Polymer und Photoinitiator verwendet werden, und die Belichtung und Ent wicklung wird in einem Arbeitsgang durchgeführt.
Diese Verwendung unterschiedlicher Entwicklermischungen kann nicht nur für eine Strukturierung der Mikrofibrillenstruktur senkrecht zur Oberfläche des Polymerfilms genutzt werden, sondern auch für eine laterale Strukturie rung. Es können unterschiedliche Entwicklermischungen lateral nebeneinander auf dem Polymerfilm eingesetzt werden, um lateral unterschiedliche Entwicklungsgrade und damit unterschiedliche strukturelle Farben zu erzielen. In Ausführungsformen werden die Entwicklermischungen lateral zeitversetzt auf den Polymerfilm aufgebracht. Dies kann beispielsweise in zwei Ar beitsschritten erfolgen. Zuerst wird eine Entwicklermischung auf einer ersten Stelle auf den Polymerfilm aufgebracht. Dann wird die gleiche Entwicklermi schung auch auf eine zweite Stelle auf den Polymerfilm aufgebracht. An der ersten Stelle auf dem Polymerfilm hat dadurch die Entwicklermischung mehr Zeit mit dem Polymerfilm zu wechselwirken als an der zweiten Stelle, und die Entwicklung ist an der ersten Stelle weiter fortgeschritten, wodurch an lateral unterschiedlichen Stellen unterschiedliche strukturelle Farben er- zeugt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Polymerschicht elastisch o- der plastisch verformbar ausgeführt. Hierdurch kann durch mechanischen Druck auf einen Teil oder die gesamte Oberfläche der Polymerschicht durch eine Veränderung der Schichtdicke der Polymerschicht eine reversible oder irreversible Änderung der Farbe der Polymerschicht erzeugt werden. Die Farbe bzw. die reflektierte (oder transmittierte) Wellenlänge der Polymerschicht wird durch die Änderung ihrer Schichtdicke verändert, je dünner die Schicht, desto mehr verschiebt sich der Farbeindruck ins Bläuli- che. Weist die Polymerschicht beispielsweise die Farbe Rot auf und wird mit einem Finger mechanischer Druck auf sie ausgeübt, dann wird die Polymer schicht in diesem Bereich zusammengedrückt, die Schichtdicke wird kleiner und die Strukturfarbe kann sich dadurch beispielsweise von Rot über Gelb und Grün bis zu Blau ändern.
Ein plastisches und damit dauerhaftes Verformen der Polymerschicht erfolgt beispielsweise mit einem Prägeverfahren, bevorzugt mittels Stichtiefdruck.
Die schwammartige Struktur des Polymerfilms besteht aus Mikrofibrillen und Hohlräumen. Sind diese Hohlräume mindestens teilweise offenporig, können sie gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium befüllt werden. Wird beispielsweise ein Teil der Hohl räume mit Wasser befüllt und verbleibt in einem anderen Teil Luft, weisen Regionen im Bereich der befüllten Hohlräume unterschiedliche Farben auf, da Luft einen Brechungsindex von 1 und Wasser von 1,33 hat. Es ist auch möglich, dass die Polymerschicht transparent wird, wenn der Brechungsin dex der Mikrofibrillen und des Mediums in den Hohlräumen gleich groß ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Reflektorschicht auf der Polymerschicht verbleiben. Alternativ kann die Polymer schicht auf der der Betrachtung abgewandten Oberfläche mit einer dunklen oder schwarzen Farbe beschichtet werden. Alternativ kann die Polymerschicht durch Zugabe von Ruß oder Carbon Black modifiziert werden, um die Interferenzfarben optimal zur Geltung zu bringen. Zu einer weiteren Er höhung der Farbintensität werden transparente hochbrechende Partikel, zum Beispiel aus 1102, dem Polymer zugegeben, damit die Brechzahldifferenz zwischen den fibrillierten Schichten und durchgehenden Schichten weiter gesteigert wird. Auch ein Unterdrücken mit einer diffus streuenden Farbe führt zu unterschiedlichen, insbesondere komplementären Farben bei speku- larer bzw. nichtspekularer Betrachtung.
Die zum Sicherheitselement genannten Aspekte gelten natürlich gleichermaßen auch für das Herstellverfahren, das hinsichtlich der Erzeugung der Mik- rofibrillen dem aus dem genannten Nature- Artikel genannten Prinzip folgt.
Insbesondere ist ein Sicherheitselement vorgesehen, das mit einem der ge nannten Herstellverfahren hergestellt oder erhältlich ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungs- gemäße Polymerschicht in einem nachfolgenden Prozessschritt ausgehärtet.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Beständigkeit der Polymerschicht beispielsweise gegen mechanischen Abrieb, nachträglichen mechanischen Druck, Lösemittel oder andere Umwelteinflüsse erhöht wird. Das Aushärten erfolgt besonders bevorzugt durch Bestrahlen der Polymerschicht mit Ultra- violetter-Strahlung. Eine weitere Erhöhung der Beständigkeit der Polymer schicht und der auf der Polymerschicht verbleibenden Reflektorschicht ergibt sich durch Einbetten der Polymerschicht zwischen Schutzschichten und/ o- der Folien.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Wertdokument mit einem Sicherheitselement der genannten Art. In einer Ausgestaltung ist das Wertdokument beispielsweise als Banknote oder Scheck ausgeführt.
Das erfindungsgemäße Sicherheitselement kann mit beliebigen anderen Si cherheitselementen des Wertdokuments kombiniert werden, beispielsweise Hologrammen, Mikrospiegeln, z.B. mit Laufeffekten oder 3D-Oberflächen (fresnelartig), Mikrohohlspiegeln oder Subwellenlängenstrukturen. Dies er- folgt jeweils bevorzugt so, dass die reflektierende Schicht die Reflexion zur Erzeugung der stehenden Welle erzeugt und in anderen lateralen Teilberei chen die beschriebenen anderen Merkmale erzeugt. Optional wird der Teil, der die stehende Welle erzeugt, nach der Belichtung entfernt, was beispielsweise durch Ätzen geschehen kann. Weiterhin ist die Kombination mit fol- genden Merkmalen möglich: Magnet, Leitfähigkeit, Fluoreszenz, Phospho reszenz. Diese beliebigen anderen Sicherheitselemente werden dabei beson ders bevorzugt lateral neben den Mikrofibrillen angeordnet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswe sentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschrän kend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungs- beispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahin gehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Kom- ponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entspre chende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen be zeichnet und nicht mehrmals erläutert. In den Figuren zeigen:
Fig. l eine schematische Darstellung einer Banknote mit mehreren Sicherheitselementen,
Fig.2 eine Schnittdarstellung durch eines des Sicherheitselemente der Fig. 1, Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer Polymerschicht im Sicherheitselement der Fig. 2,
Fig. 3A bis 3D verschiedene Möglichkeiten zur Belichtung der Polymer schicht, um die Struktur gemäß Fig. 3 auszubilden,
Fig. 4 ein Sicherheitselement ähnlich dem der Fig. 2, jedoch mit Pixel-artig strukturierter Reflektorschicht, Fig. 5 eine Schnittdarstellung ähnlich der Fig. 2, jedoch mit Pixel artig strukturierter Polymerschicht,
Fig.6 eine Darstellung ähnlich der Fig. 4 und 5, wobei sowohl Re flektorschicht als auch Polymerschicht Pixel-artig strukturiert sind,
Fig. 7 eine Ausführungsform des Sicherheitselementes mit einer Reflektorschicht, die verschiedene Plateaus aufweist,
Fig. 8 eine Darstellung einer Ausführungsform ähnlich der Fig. 2 zur Bereitstellung eines Sicherheitsmerkmals in Art eines Vo lumenhologramms und Fig. 9 eine Darstellung einer Ausführungsform zur Bereitstellung eines Sicherheitsmerkmals in Art eines Volumenhologramms wobei bei der Fierstellung zwei interferierende Strahlen ver wendet werden. Fig. 1 zeigt in Draufsicht schematisch eine Banknote 2, die mehrere Sicher heitselemente aufweist. Ein Sicherheitselement 4 ist in Form eines Patches ge staltet, ein anderes Sicherheitselement in Form eines Sicherheitsstreifens oder Sicherheitsfadens 6. Die konkrete flächige Ausgestaltung des Sicherheitsele mentes kann applikationsabhängig gewählt werden. Nachfolgend bezieht sich die Beschreibung rein exemplarisch auf das Sicherheitselement 4.
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch das Sicherheitselement 4. Es ist auf einem Substrat 8, beispielsweise Banknotenpapier der Banknote 2 aufge bracht, wobei als Substrat 8 auch ein Zwischenträger verwendet werden kann, der dann auf ein Banknotenpapier der Banknote 2 aufgebracht wird, so dass das Sicherheitselement 4 dann als sogenanntes Transferelement ausge bildet ist. Auf dem Substrat 8 befindet sich eine Polymerschicht 12, die von ihrer Oberseite 14 her mit dem in dem genannten Nature- Artikel geschilderten Prozess mit einer Mikrofibrillenstruktur 13 versehen wurde. Diese ist schematisch in Fig. 3 dargestellt und gemäß stehender Wellen organisiert, die aus einer Interferenz eines Objekt- mit einem Referenzstrahl entstanden. Zur Bereitstel- lung dieser Strahlen gibt es zwei Varianten: Eine Variante 1 arbeitet mit einer Reflektorschicht unter der Polymerschicht. Dann ist ein einfallender Strahl der Referenzstrahl, der an der Reflektorschicht reflektierte Strahl ist der Objektstrahl. Bei einer alternativen Variante 2 werden Objekt- und Referenz strahl eigenständig eingestrahlt.
Die Mikrofibrillenstruktur 13 umfasst Mikrofibrillen 13a sowie Hohlräume 13b (vgl. Fig. 3). Sie wird in Variante 1 dadurch erzeugt, indem ein handels übliches, flächiges Polymer, wie beispielsweise eine Polystyrol- oder Polycarbonatfolie oder ein entsprechender Film, (bevorzugt parallel zu ihrer Flä- chennormale) mit Strahlung bestrahlt wird, deren Kohärenzlänge größer als die Dicke der Polymerschicht 12 ist. Bevorzugt wird UV-Strahlung verwen det. Während dieser Bestrahlung befindet sich unter der Polymerschicht 12 eine Reflektorschicht (vgl. Fig. 3-8), so dass in Rückreflexion der Objektstrahl entsteht. In Variante 2 (Fig. 9) werden Objekt- und Referenzstrahl eigenstän- dig eingestrahlt. In beiden Fällen ist die Dicke der Polymerschicht 12 gerin ger als die Kohärenzlänge der verwendeten Strahlung(en), wodurch sich ste hende Wellen innerhalb der Polymerschicht 12 ausbilden. An Wellenbäu chen, an denen die Intensität der stehenden Wellen maximal ist, wird das Po- lymer vernetzt, und es bildet sich ein periodisch-mechanisches Spannungs feld zwischen vernetzten und nicht-vernetzten Bereichen, wobei letztere an Knotenpunkten der stehenden Wellen liegen. Bevorzugt ist das Polymer mit einem zusätzlichen Fotoinitiator versetzt.
Durch Einsatz eines passenden Lösungsmittels wird die derart belichtete Mikrofibrillenstruktur 13 dann gemäß Fig. 3 ausgebildet, wobei einzelne Ebe nen der Mikrobrillen 13a und die Hohlräume 13b sich automatisch perio disch gemäß der stehenden Wellenstruktur anordnen. Hinsichtlich der De- tails der Herstellung wird auf den Nature- Artikel samt zugehörigem, in Na ture publiziertem Ergänzungsmaterial verwiesen. Diese Veröffentlichungen sind hiermit inhaltlich hier vollumfänglich eingebunden.
Die Polymerschicht 12 erzeugt, wenn sie derart belichtet und entwickelt wurde, einen lateral modulierten Farbeffekt, der in Variante 1 durch eine la terale Strukturierung der bei der Belichtung darunterliegenden Reflektor schicht 10 beeinflusst wird - dies auch dann, wenn die Polymerschicht 12 im Sicherheitselement ohne darunterliegende Reflektorschicht 10 eingesetzt wird.
Bei der Belichtung kann eine Strukturierung erfolgen, d. h. die Mikrofibril lenstruktur 13 bestehend aus Mikrofibrillen 13a und Hohlräumen 13b kann lateral, also quer zur Oberfläche 14, strukturiert sein. Fig. 3A zeigt eine Aus führungsform, bei der eine Weitfeldbelichtung 16 die gesamte Polymer- Schicht 12 gleichmäßig belichtet. Durch eine zusätzlich lateral strukturierte Reflektorschicht 10 entsteht eine lateral strukturierte Mikrofibrillenstruktur 13 und damit das bunte Motiv. Das Substrat 8, auf dem sich die Polymerschicht 12 befindet, ist hier und im Folgenden nicht dargestellt. Es kann zwischen der Polymerschicht 12 und der Reflektorschicht 10 oder auf der Oberseite bzw. der der Belichtung 16 zu gewandten Seite der Polymerschicht 12 angeordnet sein. In beiden Fällen muss das Substrat 10 transparent für die zur Strukturierung der Polymerschicht 12 erforderlichen Wellenlängen der Beleuchtung sein.
Fig. 3B zeigt, dass durch Einsatz einer Maske 18 zusätzlich eine strukturierte Belichtung erfolgen kann. Die Maske 18 blockiert die Weitfeldbelichtung 16 an einzelnen Stellen, so dass bloß an den Lücken der Maske 18 Licht auf die Polymerschicht 12 einfallen kann. Entsprechend kann auch nur in diesen Be reichen Licht an der Reflektorschicht gespiegelt werden und mit dem einfal lenden Licht interferieren, sofern in diesen beleuchteten Bereichen eine Reflexionswirkung vorhanden ist. Nur an den Stellen, an denen Licht durch die Maske fällt und gleichzeitig auch an der Reflektorschicht reflektiert wird, entsteht dann auch der Farbeffekt. Auf diese Weise ist es insbesondere mög lich, zusätzlich oder alternativ zur Strukturierung, die durch die Reflektor schicht 10 bewirkt wird, eine Strukturierung, z. B. Pixelierung in der Poly merschicht 12 auszubilden, wobei diese Pixelierung sich auf die Farbe aus- wirkt. Die Belichtung kann auch mit verschiedenen Wellenlängen erfolgen, so dass der durch die Polymerschicht 12 erzeugte Farbton lateral unter schiedlich, z. B. mit dreifarbigen Pixeln, die aus Subpixeln in Grundfarben (z. B. Rot, Grün, Blau) ausgebildet sind, sein kann. Dazu werden zeitlich hin tereinander mehrere Weitfeldbelichtungen 16a, 16b bei unterschiedlichen Wellenlängen oder in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen eingesetzt. Die zusätzliche laterale Strukturierung erfolgt dabei durch verschiedene Masken 18a, 18b, die jeweils auf die entsprechende Weitfeldbelichtung 16a, 16b wirken. Fig. 3C veranschaulicht diese sequentiell nacheinander erfolgenden Belichtungen in einer gemeinsamen Darstellung. Die Mehrfarbigkeit ist natürlich nicht auf zwei Farben eingeschränkt; gleichermaßen können auch drei, vier oder mehr verschiedene Belichtungsschritte erfolgen, wobei jeder Belichtungsschritt einen anderen Teilflächenbereich der Polymerschicht 12 belichtet und mit einem Farbeffekt versieht. Derart mehrfach belichtet wird die Polymerschicht 12 durch Anwendung des Lösungsmittels entwickelt, um die dann lateral strukturierte Mikrofibrillenstruktur 13 auszubilden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verbleibt die Maske auf dem Si cherheitsmerkmal, beispielsweise um in bestimmten Bereichen Hologramme oder andere optisch variable Merkmale zu bilden. Bevorzugt wird dafür eine bereichsweise bestehende Metallschicht als Maske verwendet. Die Maske wird bevorzugt nach dem Belichten bereichsweise von der Polymerschicht entfernt. Die auf dem Substrat verbleibende Maske ist besonders bevorzugt im sicht baren Spektralbereich transparent (also im Endprodukt nicht sichtbar oder zumindest unauffällig) und im UV-Bereich opak oder zumindest semitrans parent. Hierbei besteht die Maske beispielsweise aus einer 50 nm dicken Schicht aus T1O2. Diese ist im sichtbaren Bereich weitgehend transparent, zeigt im UV-Bereich bei Wellenlängen um bzw. unter 300 nm aber nur eine sehr geringe Transmission.
Alternativ kann die Maske von der Folienbahn getrennt sein. Es ist zu beachten, dass beim fertigen Sicherheitselement 4, 6 die kippwinkel abhängige Farbwirkung bei Beleuchtung ebenfalls durch Interferenz entsteht - ggf. auch ohne Reflektorschicht 10. Bei der Entwicklung der Polymer schicht entstehen die Mikrofibrillen, wobei deren Abstand voneinander durch den Entwicklungsprozess vom ursprünglichen Abstand der Wellenbäuche bei der Einbelichtung abweichen kann. Auf diese Weise ist es möglich, dass bei Belichtungswellenlängen im UV-Bereich nach der Entwicklung der Polymerschicht die Braggmaxima bei der Beobachtung im sichtbaren Be- reich des Spektrums liegen.
Eine Alternative zu einer Weitfeldbelichtung ist die Belichtung mit einem ge rasterten Lichtstrahl 20 (z. B. aus einem Laser oder einer LED), der die erforderliche Kohärenzlänge hat und gemäß einem Scanmuster 22 über die Poly- merschicht 12 abgelenkt wird. Dies zeigt Fig. 3D. Dabei kann die Wellen länge der Laserstrahlung an den einzelnen Orten unterschiedlich gestaltet werden, um eine laterale Strukturierung der Polymerschicht 12 hinsichtlich des Farbeffektes zu erzeugen. Diese zusätzlichen Strukturierungsoptionen erlauben es z. B., die Reflektor schicht 10 mit einer Pixelstruktur für das Motiv bereitzustellen, die sich auf die Helligkeit bezieht, und durch die zusätzliche Strukturierung (Masken o- der -raster) jedes Pixel mit dessen Farbe einstellenden Subpixeln zu versehen.
Die lateral strukturierte Reflektorschicht 10 unterhalb der Polymerschicht 12 kann sowohl vollflächig vorliegen, wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, als auch teilflächig. Fig. 4 zeigt eine Pixelierung der Reflektorschicht 10 bestehend aus Reflektorpixein 24 mit hoher Reflexion und Reflektorpixein 26 mit niederer Reflexion oder ohne Reflexion. Die stehende Welle bildet sich dann nur an den Pixeln aus, an denen die Reflektorschicht 10 eine ausreichende Reflexion hat, oder die Intensität hängt von Pixelreflexionsgrad und/ oder - flächenbedeckung ab. Auf diese Weise kann ein farbiges, gerastertes Pixel bild erzeugt werden. Wie bereits mit Bezug auf die Fig. 3B, 3C und 3D erläutert, kann sich auch durch die Belichtung eine zusätzliche Rasterung der Polymerschicht 12 erge ben, so dass diese Polymerschichtpixel 28 und 30 aufweist, wie Fig. 5 zeigt, in denen sich nach dem Entwickeln mit dem Lösungsmittel der Farbeindruck unterscheidet. Dadurch wird ein buntes Pixelbild möglich. Natürlich sind auch mehr als zwei verschiedene Pixelarten möglich.
Das Prinzip der Fig. 4 und 5 kann natürlich auch kombiniert werden, wie Fig. 6 zeigt. Dabei muss das Pixelraster von Reflektorpixeln und Polymer- schichtpixeln nicht zwingend identisch sein, auch wenn dies von Vorteil sein kann. Insbesondere kann durch eine sehr hohe Pixeldichte in der Reflektor schicht die Helligkeit einer einzelnen Farbe innerhalb eines Farbpixels, das durch ein Polymerschichtpixel gebildet ist, ortsabhängig eingestellt werden. Somit kann letztlich die Helligkeit für jeden Farbpunkt zum Erzeugen eines Motivs frei gewählt werden.
Es ist deshalb in besonderen Ausführungsformen vorgesehen, dass sowohl die Polymerschicht 12 als auch die Reflektorschicht 10 eine Pixelstruktur ha- ben, wobei die Pixeldichte in der Reflektorschicht 10 mindestens das Doppelte der Pixeldichte der Polymerschicht 12 beträgt. Damit kann die Tatsache, dass die Reflektorschicht 10 für die Intensität an einer Stelle und die Po lymerschicht 12 für die Farbe verantwortlich ist, besonders günstig ausge nützt werden.
Die genannten Effekte sind in der Mikrofibrillenstruktur verkörpert und blei ben nach Entwicklung auch ohne die Reflektorschicht 10 erhalten. Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Reflektorschicht 10 auf unter schiedlicher Höhe liegende Plateaus 32, 34, 36 hat. Dies nutzt die Tatsache aus, dass die Weglänge der reflektierten Strahlung für die Platzierung der Knoten und Wellenbäuche der stehenden Wellen innerhalb der Polymer- Schicht relevant ist. Durch die unterschiedlichen Höhenniveaus, also Ab stände der Plateaus 32, 34, 36 zur Polymerschicht 12, erzeugt jedes Plateau 32, 34, 36 eine andere Farbintensität bei ansonsten unveränderter Polymer schicht 12. Dieser Ansatz kommt insbesondere bei einer nicht strukturierten Polymerschicht 12, wie sie beispielsweise mit der Weitfeldbelichtung 16 ge- maß Fig. 3A erhalten wird, in Frage, um unterschiedliche Farbintensitäten lateral strukturiert zu verteilen.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Reflektorschicht 10 an ihrer der Polymerschicht 12 zugewandten Seite eine Reliefstruktur hat. Auf diese Weise kann, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits erläutert, besonders einfach ein einem Volumenhologramm ähnliches Sicherheitselement erzeugt werden, indem die Reliefstruktur so ausgebildet ist, dass sie beispielsweise einen dreidimensionalen optischen Eindruck widerspiegelt. Aufgrund der Belichtung mit dieser Reflektorschicht 10 entsteht dann ein ent- sprechender Objektstrahl und insgesamt ein Mikrofibrillen enthaltendes Po lymer, wobei die Mikrofibrillen ähnlich den Braggebenen in einem Volumenhologramm fungieren, das eine dreidimensionale Darstellung auch aus verschiedensten Blickwinkeln bietet. Beim Herstellverfahren in der Variante 2 werden gemäß Fig. 9 Objekt-und Referenzstrahl als getrennte, zur Interferenz fähigen Strahlen 42, 44 eingestrahlt. Der Objektstrahl 44 stammt nicht aus der Rückreflexion des Referenzstrahls, wie es bei Variante 1 der Fall war. Es ist deshalb keine Reflektor- Schicht vorgesehen. Vielmehr ist der Objektstrahl 44 wie bei einer holografischen Aufnahme von einem Objekt 46 moduliert. Alternativ wird die Modu lation mittels optischer Strahlformungselemente (z.B. DMD o.ä.) erzeugt. Die zwei (oder mehr) Strahlen können von derselben oder von gegenüberliegen- den Seiten der Polymerschicht 12 eingestrahlt werden.
Insbesondere sind folgende Ausführungen und Ausgestaltungen möglich:
1. Lichtquellen a. Voll-/ teilflächige Belichtung:
Die Lichtquelle kann die als Polymerfilm ausgebildete Polymerschicht voll- und teilflächig belichten. Für eine vollflächige Belichtung sind z. B. LEDs ausreichend (Fig. 3A), deren Kohärenzlänge genügt. Wenn der Film pixel beziehungsweise bereichsweise belichtet werden soll, kann ein ablenkbarer, stark fokussierter Lichtstrahl (z. B. Laser) benutzt werden (Fig. 3D), oder aber direkt modulierbare Lichtquellen (Micro-LED) bzw. optische Elemente, wie SLM (spatial light modulator), DMD (digital micromirror device) oder DOE (diffractive optical element). Eine weitere Möglichkeit, eine teilflächige Be lichtung zu erzeugen, ist die Benutzung einer Maske (Fig. 3B, 3C).
Eine voll- oder zumindest teilflächige Beleuchtung kann auch durch ein selbstleuchtendes Display bzw. einen selbstleuchtenden Bildschirm erfolgen. Das Display bzw. der Bildschirm beleuchtet hierbei die gesamte Fläche oder musterförmig den Polymer.
Bei einem industriellen Herstellungsverfahren nach dem Prinzip Rolle-zu- Rolle (R2R) kann die Belichtung alternativ auch durch zeilenartig angeord- nete LEDs erfolgen, wobei die Zeile parallel zur Drehachse einer Rolle ausge richtet ist. Die Beleuchtung des Polymers erfolgt hierbei direkt durch die LEDs oder durch eine abbildende Optik zwischen LEDs und Polymer. In allen Fällen ist eine kohärente Überlagerung eines Objektstrahls und eines Referenzstrahls im Polymer erforderlich.
Das Mikrofibrillationsverfahren hat den Vorteil, dass durch die Verwendung von DOE/SLM/DMD in Kombination mit LEDs oder Lasern als Lichtquelle Licht auf Mikrometer-Längenskalen moduliert werden kann. Somit können mit dem Mikrofibrillationsverfahren Auflösungen von bis zu 25000 DPI er reicht werden. Gleichzeitig ist durch die Flexibilität der optischen Elemente ein hoher Grad an Individualisierbarkeit möglich. Da die Mikrofibrillen, die die Braggebenen darstellen, im Polymerfilm eingebettet sind, können keine Abdrücke oder Abformungen für Fälschungszwecke erstellt werden, was zu einer hohen Fälschungssicherheit führt. b. Variation der Wellenlänge:
Bestrahlung mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen erzeugt verschiedene Strukturfarben. Somit ist es durch additive Farbmischung von RGB-Pixeln möglich, einen großen Farbraum abzudecken. Die Belichtungen könnten nacheinander oder gleichzeitig durch eine unterschiedlich farbige Anzeige des Displays, monochromatische Laser oder LEDs mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen erzeugt werden. Hierfür könnte der Polymerfilm z.B. nacheinander mit unterschiedlichen Masken 18 bedeckt werden und durch diese hindurch mit monochromatischer Strahlung belichtet werden (Fig. 3D).
2. Flächendeckung der reflektierenden Schicht Die reflektierende Schicht unterhalb des Polymers kann sowohl vollflächig als auch teilflächig vorliegen. Falls die Reflexionsschicht vollflächig ist, könnte eine pixel weise Rasterung der Farbe lediglich über die Modulation der Lichtquelle erfolgen. Falls die Reflexionsschicht gerastert ist, bilden sich stehende Welle nur in den Pixeln aus, unter denen eine Reflexionsschicht vorliegt. Somit ist es möglich, eine Rasterung zu erzeugen.
3. Relief Struktur der reflektierenden Schicht
Es ist möglich, eine geprägte, reflektierende Reliefstruktur unter dem Poly- merfilm zu platzieren. Die Prägestruktur kann aus allen möglichen Reli efstrukturen wie Mikrospiegeln, Fresnel-artigen Mikrospiegeln, Blazed Grä tings, Mottenaugenstrukturen, Subwellenlängengitter, Sinusgittern, Man hattangittern oder Aztekenstrukturen bestehen. Auch eine Strukturierung durch Aufträgen einer beispielsweise dunklen Farbe ist möglich, wobei die Farbe auf die Seite der Reliefstruktur aufgebracht wird, die der Beleuchtung zugewendet ist. Diese und weitere Strukturen können auch nebeneinander angeordnet sei oder sich überlagern. So ist es beispielsweise möglich, durch bereichsweise angeordnete Mottenaugenstrukturen oder andere lichtabsor bierende Strukturen die Reflexion bereichsweise zu unterdrücken und in die- sen Bereichen keine Mikrofibrillen in der Polymerschicht zu erzeugen.
Der Reliefmaster kann sich entweder a) direkt auf der Folie befinden und dort verbleiben, b) direkt auf der Folie befinden und nach der Belichtung in einem Trans- ferschritt abgezogen werden oder zumindest teilweise entfernt werden (zum
Beispiel durch vollständiges oder teilweises Wegätzen der metallischen Be schichtung, während die Reliefstruktur zurückbleibt), c) unterhalb der Folie im Register mitlaufen, d) sich stationär unter der Folie befinden (nicht mitlaufen), die Belichtung erfolgt im Register z. B. durch eine synchronisierte Blitzlichtquelle.
Folgende Ausführungsformen sind bevorzugt:
I. Einfarbiges Pixelbild mit Strukturfarben:
Unter Verwendung einer der in la. und 2. beschriebenen Techniken kann ein einfarbiges, irisierendes Pixelbild her gestellt werden. Durch Variation der Flächendeckung von farbigen Bereichen können zudem verschiedene Sätti- gungen des Farbtons hergestellt werden. Die hergestellten Motive weisen eine Auflösung von bis zu 25.000 DPI auf.
Wegen der hohen Auflösung ist die Verwendung des Pixelbildes zudem für Sicherheitsmerkmale mit Mikroabbildungselementen wie Mikrolinsen vor- teilhaft, wobei das Pixelbild als Mikrostrukturbild in der Fokusebene der Mikroabbildungselemente fungieren kann.
II. Mehrfarbiges Pixelbild mit Strukturfarben
Unter Verwendung einer Kombination von der in la. und 2. beschriebenen Techniken sowie der in lb. beschriebenen Benutzung von Lichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen kann ein mehrfarbiges, irisierendes Pixel bild hergestellt werden. Durch Variation der Flächendeckung von farbigen Bereichen können zudem verschiedene Sättigungen des Farbtons hergestellt werden. Die hergestellten Motive weisen eine Auflösung von bis zu 25000 DPI auf. Wegen der hohen Auflösung ist die Verwendung des Pixelbildes zudem für Sicherheitsmerkmale mit Mikroabbildungselementen wie Mikrolinsen sinn voll. Dies würde eine Aufwertung im Banknotenmarkt bereits existierender Mikrolinsenmerkmale ermöglichen, da diese bis dato nur einfarbig sind.
III. Herstellung von Mikrofibrillationshologrammen Als Mikrofibrillationshologramme werden Volumenhologramme bezeichnet, die unter Benutzung des Mikrofibrillationsverfahren hergestellt werden. Mit dem Mikrofibrillationsverfahren kann ein Fotoresist durch den Polymerfilm, z.B. handelsübliche, mit geringen Mengen an Fotoinitiatoren versetzte Poly mere ersetzt werden. Der Herstellungsprozess ist ansonsten identisch mit der üblichen Herstellung von Volumenhologrammen durch Belichtung mit inter ferierenden Strahlen. Somit kann das Hologramm in allen bereits beschriebe nen Ausprägungen aufgezeichnet werden, wie z. B. als Reflexions, Transmis- sions- oder Denisjuk-Hologramm.
Alternativ kann das Hologramm auch ohne Verwendung eines materiell vor handenen Objekts hergestellt werden. So kann der Objektstrahl durch Ver wendung eines SLM oder DMD (nur Reflexionshologramm) erzeugt werden.
Bezugszeichenliste
2 Banknote
4 Sicherheitselement
6 Sicherheitsfaden
8 Substrat
10 Reflektorschicht
12 Polymerschicht
13 Mikrofibrillenstruktur 13a Mikrofibrille 13b Hohlraum
14 Oberseite
16, 16a, 16b Weitfeldbelichtung 18, 18a, 18b Maske 20 Laser 22 Scanmuster
24,26 Reflektorpixel 28, 30 Polymerschichtpixel 32, 34, 36 Plateau 38 Einbettmedium 40 Reliefschicht 42 Referenzstrahlung 44 Objektstrahlung 46 Objekt

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Herstellungsverfahren für ein Sicherheitselement (4) zur Herstellung von Wertdokumenten, wie Banknoten (2), Schecks oder dergleichen, wobei das Herstellungsverfahren folgende Schritte aufweist
Bereitstellen eines Polymerfilms (12) und
Bilden einer lateral strukturierten Mikrofibrillenstruktur (13) in dem Polymerfilm (12) durch Einwirken von stehenden Lichtwellen (16, 16, 16b) durch Interferenz einer Referenzstrahlung mit einer modulierten Objekt strahlung zu einer ortsabhängigen Vernetzung im Polymerfilm (12) und Ent wickeln mit einem Lösungsmittel, so dass der Polymerfilm (12) in Draufsicht auf das Sicherheitselement (4) ein buntes optisch variables Motiv erzeugt.
2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, umfassend weiter die Schritte:
Erzeugen einer unter dem Polymerfilm (12) liegenden Reflektorschicht (10), die eine laterale Strukturierung hinsichtlich Reflexions grad und/ oder Profilierung hat, und
Einstrahlen von Strahlung mit einer Kohärenzlänge größer als eine Po lymerfilmdicke auf den Polymerfilm, zum Bilden der lateral strukturierten Mikrofibrillenstruktur (13), wobei die Referenzstrahlung durch die einfal lende Strahlung und die Objektstrahlung durch die an der Reflektorschicht reflektierte Strahlung gebildet ist.
3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, wobei die laterale Strukturierung der Reflektorschicht (10) als eine das Pixelbild bewirkende Pixelstruk- tur ausgebildet wird.
4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Reflektorschicht (10) lateral so moduliert bereitgestellt wird, dass sie Abschnitte mit unterschiedlichem Reflexionsgrad aufweist.
5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Mikrofibrillenstruktur (13) hinsichtlich einer von ihr erzeugten Farbe lateral strukturiert wird, insbesondere in Form einer Pixelstruktur.
6. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Reflektorschicht (10) zur lateralen Strukturierung hinsichtlich Profilierung mit einer Reliefstruktur ausgebildet wird.
7. Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, wobei die Reliefstruktur mindestens eine der folgenden Strukturen aufweist: - Plateaus (32, 34, 36) in verschiedenen, Höhenniveaus,
Mikrospiegel, geblazede Gitterstruktur,
Fresnelstruktur,
Sinusgitterstruktur, - Säulen unterschiedlicher Höhe,
Stufengitter mit geraden oder schrägen Flanken, Mottenaugenstrukturen und
Subwellenlängenstrukturen mit scharfen oder abgerundeten Kanten.
8. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der
Polymerfilm (12) so bestrahlt wird, dass lateral strukturierte Mikrofibrillenstruktur (13) ein mehrfarbiges Bild, bevorzugt ein Pixelbild bereitstellt.
9. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die
Reflektorschicht (10) nach dem Bilden der lateral strukturierten Mikrofibrillenstruktur (13) entfernt wird.
10. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der
Polymerfilm (12) zum Bilden der lateral strukturierten Mikrofibrillenstruktur (13) mit zwei zueinander interferenzfähigen Strahlen bestrahlt wird, von denen einer den Referenzstrahl bildet und der andere moduliert ist und den Objektstrahl bildet, so dass die lateral strukturierte Mikrofibrillenstruktur (13) ein Volumenhologramm bereitstellt.
11. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Mikrofibrillenstruktur (13) in den Polymerfilm (10) senkrecht zur Oberfläche des Polymerfilms (10) hinsichtlich Schichtdicken einzelner Schichten der Mikrofibrillenstruktur (13) strukturiert wird.
12. Sicherheitselement zur Absicherung von Wertdokumenten, wie Bank noten (2), Schecks oder dergleichen, mit einer strukturierten Mikrofibrillen- struktur (13) erzeugt durch ein Verfahren nach einem der obigen Ansprüche.
13. Sicherheitselement nach Anspruch 12, wobei die lateral strukturierte Mikrofibrillenstruktur (13) ein Volumenhologramm bereitstellt.
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