JP2020510855A - 反射性色フィルタ特性を備えるセキュリティ要素 - Google Patents

Abstract

本発明は、基部表面（１０）上に上昇部（７）を備え、且つ金属上面を有するプロファイル構造（６）を有する、紙幣（１）、チェック又は同様ものなどの価値ある文書を製造するための反射性色フィルタ特性を備えるセキュリティ要素（２）に関する。上昇部（７）は、基部表面（１０）に平行なカバー表面（８）を有し、断面で見ると、それぞれの１つは、少なくとも１つの階段を有し、且つ基部表面（１０）上の位置及び／又は拡張に関して準統計的状態で配分される。階段高さ（ｔ）は、１００ｎｍ〜３５０ｎｍである。

Description

本発明は、基部の上方の上昇エリアと金属上面とを有するプロファイル構造を有する、紙幣、チェック又は同様のものなどの貴重な文書を製造するための反射性色フィルタ特性を有するセキュリティ要素に関する。

さらに、本発明は、紙幣、チェック又は同様ものなどの貴重な文書を製造するためのセキュリティ要素の製造方法であって、基部の上方の上昇エリアと金属上面とを有するプロファイル構造が作製される、製造方法に関する。

サブ波長格子を用いて非常に微細な空間解像度を有する色彩効果を生成することができる。一般的な（特許文献１）は、反射及び透過で色を提供する二次元ナノ周期構造を開示している。この場合、二次元ナノ周期構造は、単に１つのアルミニウム層を蒸着させたエンボス加工構造である。欠点は、そのようなナノ構造が、連続製造のため、高い構造付着性を伴って低い欠陥率で成形可能でなければならないことである。色彩効果のための既知のナノ構造は、１を超えるアスペクト比及び３００ｎｍ未満の周期を有することが多い。これらの構造では、欠陥のない複製物のエンボス加工プロセスは困難である。

Ａｚｔｅｃ構造として知られる更なる構造は、文献（特許文献２；非特許文献１を参照されたい）において知られている。これらの階段のようなレリーフ構造は、隣接する階段の光路が光路差及び干渉を形成するように配置される。この光路差は、特定の波長の建設的重置（constructive superposition）及び他の波長の破壊的重置（destructive superposition）をもたらす。これらの文献では、光干渉は、体積ホログラムを形成するために使用されている。更に、位相ホログラムもこの手法で形成され得ることが知られている（特許文献３；非特許文献２を参照されたい）。更に、このような構造を用いてモルフォチョウの青色を複製する試みがなされてきた（非特許文献３；非特許文献４を参照されたい）。特許文献４は、角度独立構造色（angle-independent structure color）を有するセキュリティ要素の製造方法を記載している。この色は、被覆されたランダムに配置されたマイクロスフェアによって形成される。非特許文献５は、フレキシブル基板上にエンボス加工法で複製できる階段のような構造に基づくセキュリティ特徴としての色選択ホログラムの適用を示している。

独国特許出願公開第１０２０１１１０１６３５Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００８０３０９９９６Ａ１号明細書 米国特許第４８８８２６０Ｂ１号明細書 国際公開第２０１５１８８９０８Ａ１号パンフレット

Ｊ．Ｊ．Ｃｏｗａｎ，"Ａｚｔｅｃ ｓｕｒｆａｃｅ−ｒｅｌｉｅｆ ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．"ＪＯＳＡ Ａ，７．８（１９９０）：１５２９−１５４４ Ｅ．Ｈａｓｍａｎ ｅｔ ａｌ．，"Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｐｈａｓｅ ｈｏｌｏｇｒａｍｓ ｆｏｒ ＣＯ２ ｌａｓｅｒｓ．"Ｏｐｔｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ，１６．６（１９９１）：４２３−４２５ Ｊ．Ｊ．Ｃｏｗａｎ，"Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ａｚｔｅｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，"Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔｅｒｎａｔ．Ｃｏｎｆ．Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ，（２００６） Ｓ．Ｋｉｎｏｓｈｉｔａ ｅｔ ａｌ．，"Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｏｌｏｒｓ．"Ｒｅｐｏｒｔｓ ｏｎ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ，７１．７（２００８）：０７６４０１ Ａ．Ｙｅｔｉｓｅｎ ｅｔ ａｌ．，"Ｃｏｌｏｒ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ２．５Ｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍｓ ｏｎ Ｌａｒｇｅ−Ａｒｅａ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｆｏｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ．"Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，４．１０（２０１６）：１５８９−１６００

本発明は、製造がより容易であり、それでもなお良好な色彩効果を呈するエンボス加工構造を開発するという目的に基づく。

本発明は、請求項１、６及び７に定義される。

セキュリティ要素は、紙幣、チェック又は同様ものなどの貴重な文書を製造するために用いられ得る、これらを偽造から保護するための反射性色フィルタ特性を提供する。セキュリティ要素は、基部の上方に上昇エリアを有するプロファイル構造を有する。プロファイル構造の上面は、金属である。プロファイル構造全体が金属であることも可能である。上昇エリアは、それぞれ断面で見て少なくとも単一階段の形態である。上昇エリアは、少なくとも局所的に均一であり、且つ１００ｎｍ〜３５０ｎｍの階段高さを有する。上昇エリアは、基部上において位置及び／又は広がりに関して準統計的に配分されている。好適な発展形態では、上昇エリアは、複数階段の形態であり、且つ２〜２０個の階段を有する。上昇エリアの単一階段又は複数階段特性は、上昇エリアのカバー表面が基部に対して平行である点でも分かり得る。複数階段構造の場合、階段のカバー表面は、ここで、従来の階段の踏み面に対応する。上昇エリアの最上レベルも基部に対して平行である。

「単一階段」という用語は、基部から単一カバー表面まで１つのみ単一の階段を有する上昇エリアを指す。したがって、階段の数は、カバー表面の階層の数と同一である。単一階段上昇エリアの場合、１つの階層にあるのは１つのカバー表面のみである。複数階段上昇エリアの場合、複数のカバー表面がある。１つの上昇エリア内の連続するカバー表面間の距離は、常に同じである。換言すると、上昇エリア内の階段高さは、一定である。

基部上における上昇エリアの位置及び／又は広がりに関する非周期的及び特に準統計的配置は、反射において驚くほどの明色を生成する。

上昇エリアは、例えば、階段高さに関して及び任意選択的に階段の数に関しても少なくとも局所的に均一である。ここで、上昇エリアの広がりが均一である必要はない。階段高さは、反射される色に影響を及ぼすことが示されている。階段の数は、色反射のスペクトル帯域幅の広さに影響を及ぼす。階段高さ（及び任意選択的に階段数）の局所的変化は、セキュリティ要素内に異なる色反射を有する領域を作成すること、したがってモチーフの符号化を可能にする。

セキュリティ要素は、単純なエンボス加工プロセスによって製造され得る。ここで、プロファイル構造が透明材料で形成され、且つその後、金属層で被覆されて金属表面を製造する場合に特に有利である。或いは、プロファイル構造は、元から金属材料で直接形成することもできる。これは、プロファイル構造が表面以外も金属であることを意味する。

好ましい色フィルタ特性及び低レベルの汚れに関して、プロファイル構造を透明誘電体に埋設し、且つこのようにして金属上面上に誘電体も付与することが好ましい。したがって、上昇エリアが基部の上方に上昇するようにプロファイル構造が考慮される場合、「上面」という用語は、露出した表面に必ずしも関連する必要はなく、プロファイル構造の上面に関連するものである。

セキュリティ要素は、特に流通に依然として適さない貴重な文書の先行物の一部であり得、且つ更なる真正性特徴を追加的に有し得る。貴重な文書は、ここで、複製又は偽造から保護しなければならない文書を意味するものと理解される。紙幣、紙幣の用紙、チップカード又は例えば銀行のカード、若しくはクレジットカード、若しくは身分証明書カードなどのセキュリティカードは、そのような貴重な文書の例である。セキュリティ要素は、特にセキュリティスレッド、プルストリップ、セキュリティバンド、セキュリティストリップ、パッチ又はラベルに組み込まれ得る。

上で述べた特徴及び以下でこれから記載する特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ明記された組み合わせだけでなく、他の組み合わせでも又は個々に実施形態に対して使用され得ることが理解される。

本発明を、例として、本発明に必須の特徴を開示する添付の図面を参照して以下で更に詳細に説明する。

セキュリティ特徴を有する紙幣の概略図を示す。 第１の実施形態におけるセキュリティ特徴の断面図を示す。 第２の実施形態のセキュリティ特徴の断面図を示す。 第３の実施形態におけるセキュリティ特徴の断面図を示す。 第４の実施形態におけるセキュリティ特徴の断面図を示す。 セキュリティ要素の色フィルタリング効果を説明するための概略図を示す。 セキュリティ要素によりフィルタリングされる色の設定を説明するための概略図を示す。 セキュリティ要素の異なる実施形態の反射率のスペクトルグラフを示す。 セキュリティ要素の異なる実施形態の反射率のスペクトルグラフを示す。 セキュリティ要素の異なる実施形態の反射率のスペクトルグラフを示す。 セキュリティ要素の異なる実施形態のＣＩＥ色度図を示す。 セキュリティ要素の異なる実施形態のＣＩＥ色度図を示す。 色彩効果の入射角依存性を示すための図を示す。 関連するＣＩＥ図を示す。 セキュリティ要素の更なる実施形態を示す。 セキュリティ要素の更なる実施形態を示す。 図１のセキュリティ要素の拡大平面図を示す。

図１は、この場合、紙幣の用紙上にパッチとして適用されたセキュリティ要素２を有する紙幣１を示す。セキュリティ要素２は、この場合、星形３である前景要素と、前景と明確に異なる背景４とからなるモチーフを提供する。星形３及び背景４は、以下に記載するセキュリティ要素の構造によって形成される。セキュリティ要素の構造は、幾何学的パラメータに関して異なる。これについても以下で説明する。

図２は、セキュリティ要素２の構造の断面図を示す。プロファイル構造６が基材５上に配置されている。図２は、断面図を示す。プロファイル構造６は、複数の上昇エリア７を含む。上昇エリア７は、互いに不規則且つ準統計的に配分された距離で配置されている。図２は、２つの異なる距離、中央上昇エリアと左上昇エリアとの間のｄ_１及び中央上昇エリアと右上昇エリアとの間のｄ_２を示す。プロファイル構造６の上昇エリア７は、階段の形態で具現化されている。上昇エリア７は、カバー表面８を有する。上昇エリア７は、図２に示される実施形態では２階段形態であるため、更なる平行階段表面９を追加的に有する。上昇エリア７は、基部１０の上方に位置する。カバー表面８及び平行表面９の両方は、基部１０に対して平行である。階段幅は、ｂ_１及びｂ_２によって示される。階段幅は、図２の説明では同一であり、且つ全ての上昇エリア７にわたって一定である。以下で説明するように、この不変性は、絶対に必須ではない。事実、階段幅は、実施形態で異なり得る。上昇エリア７内において、階段高さｔ_１及び階段高さｔ_２は、常に同一である。異なる上昇エリア７間で階段高さｔ_１及び階段高さｔ_２が異なり得る。これについても以下で記載する。上昇エリア７及び基部１０は、上面が金属である。これは、図２に示されるように、基部１０と上昇エリア１０との両方が、対応する金属被覆から形成されることによって実施され得る。上昇エリア７内において均一である階段高さは、１００ｎｍ〜３５０ｎｍである。この領域において、金属被覆層は、困難を伴うことなく製造可能であり、例えばリソグラフィ法を使用して構造化され得る。

図３は、図２の実施形態の修正形態を示す。図３に示される第２の実施形態は、第１に、プロファイル構造６の構造に関して異なり、且つ第２に、プロファイル構造が誘電体に完全に埋設されていることで異なる。第２の実施形態において、プロファイル構造６は、基材５上に適用される金属被覆ではなく、むしろエンボスラッカー１０によって形成されている。前記エンボスラッカーにエンボス加工プロセスでプロファイル構造６の幾何学的形状を与え、その後、金属被覆１２でコーティングし、プロファイル構造６の金属被覆された上面を作製する。その後、プロファイル構造６にラミネーション１４を与え、カバー箔１５によってカバーする。結果的に、プロファイル構造６は、その上面において金属層１２による誘電体ｖ_Ｍを有し、且つ屈折率ｎ_１、ｎ_２及びｎ_３を有する誘電体材料に埋設される。

図２及び図３の第１の実施形態及び第２の実施形態は、セキュリティ要素２の全ての構築手法、特に階段幅ｂを、個々の階段の隣接エリアの比率がほぼ同一であるように選択するために可能である任意選択的な特徴を示す。このようにして、可能な最良の色彩効果が得られることが判明している。

図４及び図５は、図２及び図３による第３の実施形態及び第４の実施形態の説明を示す。しかしながら、上昇エリア７は、ここで、５つの階段で形成される。これらの５つの階段の階段高さｔ_１〜ｔ_５は、この場合も均一である。

図６は、階段状の上昇エリア７の効果を示す。左に単一階段の上昇エリア７を示し、中央に２階段の上昇エリア７を示し、右に５階段の上昇エリアを示す。基部１０上方の階段上昇エリア７は、交番する屈折率を有する多層構造と同様に挙動することが明らかである。階段の割合が増加するにつれて、角度Θで入射する反射される放射Ｒの色飽和度が有利になる。図６は、これを個々の階段の光路に基づいて示す。建設的干渉は、光路差２δ＝ｎλにおいて生じ、ここで、ｎは、整数である。したがって、階段における建設的干渉の波長は、式λ＝２ｔ／ｎ ｓｉｎΘに従って得られる。したがって、色彩効果を階段高さによって設定することが可能である。これは、例として、基部１０の上方に異なる階段高さｔを有する３つの２階段上昇エリア７を示す図７に示される。３つの２階段上昇エリア７は、反射において青Ｂ（左）、緑Ｇ（中央）及び赤Ｒｏ（右）の色が生成されるように選択される。

図３による２階段プロファイル構造６を有するセキュリティ要素２において、非偏光光の垂直入射下での可視波長域内のスペクトル反射について検討する。金属被覆１２は、ここで、アルミニウムからなる。周囲誘電体の屈折率は、１．５２で同一である。図９は、反射率Ｒをスペクトルグラフとして示す。第３の実施形態から逸脱して、図８で検討されるプロファイル構造６内の上昇エリア７は、固定距離ｄを有して周期的に配置されている。図８において、距離ｄは、異なり、階段高さは、１５０ｎｍで均一である。曲線は、青色光、特に波長４５０ｎｍにおいて明確な最大値を示す。この最大値の位置は、周期ｄとは無関係である。ゼロ次回折のより長波長の光成分は、増加する周期にわたって抑制され、且つ青色領域内の色飽和度を高める。これは、上昇エリア７の周期的配置が不利であることを示す。この理由から、実施形態は、上昇エリアが不規則的、例えば準統計的に配置されるようにする。

図９は、再度、均一な階段高さを有する２階段プロファイル構造のアルミニウム金属被覆の場合におけるゼロ次のスペクトル反射を示す。図９において、階段高さは、異なる。図７に基づいて既に説明したように、階段高さは、反射される放射Ｒの色を非常に明瞭に設定することが明らかである。前記階段高さは、青、緑及び赤の色を形成する。

図１０は、５階段上昇エリア７及び他の同一の幾何学的パラメータを有するプロファイル構造６の場合における同じ状況を示す。階段数が大きくなるほど、より鋭い反射最大値が生じることが明らかである。

図１１及び図１０は、図９及び図１０おいてＣＩＥ１９３１色空間内で測定したプロファイル構造の色特性を示す。色特性は、算出された反射スペクトルをＤ６５標準電球の発光曲線及びヒトの眼の感度によって畳み込み積分し、それらを色座標ｘ、ｙ、ｚに変換することによって得られた。図は、両方の場合において、階段のような上昇エリア７を有するプロファイル構造６がＲＧＢ色を呈することを示す。また、図１２で分析される５階段上昇プロファイルは、特に飽和した緑色の色相をもたらすことが明らかである。

図３は、反射される放射Ｒの角度依存性の影響を示す。２つの入射角度０°及び３０°がグラフ化されている。図１３は、４階段上昇エリアを有するプロファイル構造に基づく。階段高さは、この場合にも１５０ｎｍである。青色領域内の最大値は、３０°にわたって傾けることによりほとんどシフトしない。図１４は、階段高さ１５０ｎｍ、１８０ｎｍ及び２１０ｎｍについてＣＩＥ１９３１色度図において示す。傾ける際、青、緑及び赤の３つの色は、色相に関して維持される。反射される色の高い角度公差が明らかである。これは、特に散乱光を典型的に含む環境条件で観察が行われる場合のモチーフ製造にとりわけ有利である。反射される色の高角度依存性は、望ましくない混色、したがって色彩効果の著しい弱化をもたらす。

反射で得られる色は、階段高さｔと周囲誘電体の屈折率とによって実質的に特徴付けられる。階段幅ｂ及び個々の距離は、周期的配置が回避される限り副次的な影響を有する。

図１５は、非周期的に配置された、特に準統計的に配分された単一階段上昇エリア７をプロファイル構造６内に有するセキュリティ要素２の一実施形態を示す。図１６は、同時に、上昇エリア内の階段幅が異なる２階段上昇エリアの同じ状況を示す。

図１７は、ここで、図１５によるプロファイル構造を有する図１のセキュリティ要素２の平面図を示す。上昇エリア７は、両方の空間的方向において非周期的に配置される。星形３及び背景４に対して異なる階段高さが選択される。当然のことながら、これを図１７の平面図で見ることはできない。階段高さを平面図で見ることはできないため、図中における星形３の領域と背景４との間に示される分離線は、単に領域の境界を示す役割を果たす。

１つの空間的方向に上昇エリアの非周期的配置が提供される場合、色彩効果にとって十分である。図１７による２つの空間的方向における非周期性が結果を向上させる。

プロファイル構造は、例えば、導入部で言及した特許公報による先行技術のレリーフ構造に関して知られるように製造され得る。複数の階段を有する上昇エリアは、マルチステップエッチングプロセスにより、又はプロファイル構造がエンボス加工される材料、例えば紫外線硬化性エンボスラッカーのエンボス加工により製造される場合、マルチステップエンボスダイによって一般に得られる。

セキュリティ特徴の利点は、彩度が単一金属層によって既に実現できることである。多層系の場合に必要とされるような異なる屈折率を有する複雑な多層構造は、もはや必要ない。更に、エンボス加工プロセスによって空間解像度を高精度で設定することができるため、プロファイル構造は、非常に良好な解像度を有する高解像度のモチーフを実現することができる。したがって、個々の領域の光学的効果を特にまた互いに完全に整合した状態で実現することができる。このようにして、空間的効果、運動効果及び色付きのモチーフを単一のセキュリティ特徴に組み合わせることができる。

１ 紙幣
２ セキュリティ要素
３ 星形
４ 背景
５ 基材
６ プロファイル構造
７ 上昇エリア
８ カバー表面
９ 階段表面
１０ 基部
１１ エンボスラッカー
１２ 金属被覆
１４ ラミネーション
１５ カバー箔

Claims (7)

1. 基部（１０）の上方の上昇エリア（７）と金属上面とを有するプロファイル構造（６）を有する、紙幣（１）、チェック又は同様のものなどの貴重な文書を製造するための反射性色フィルタ特性を有するセキュリティ要素において、
   前記上昇エリア（７）は、
   前記基部（１０）に対して平行なカバー表面（８）を有し、
   それぞれ断面で見て階段高さ（ｔ）を有する少なくとも単一階段の形態であり、
   前記基部（１０）上において位置及び／又は広がりに関して非周期的に配分されており、
   前記階段高さ（ｔ）は、少なくとも局所的に均一であり、及び前記階段高さ（ｔ）は、１００ｎｍ〜３５０ｎｍであることを特徴とする、セキュリティ要素。
2. 各上昇エリア（７）は、２〜２０個の階段を有することを特徴とする、請求項１に記載のセキュリティ要素。
3. 前記上昇エリア（７）が前記階段の数及び階段高さ（ｔ）に関して、それぞれの場合に、均一である異なる領域（３、４）が形成され、
   前記領域（３、４）は、前記階段の数、及び／又は階段高さ（ｔ）、及び／又は階段幅（ｂ）に関して異なることを特徴とする、請求項１又は２に記載のセキュリティ要素。
4. 前記プロファイル構造（６）は、透明材料（１１）で形成され、且つ金属層（１２）でコーティングされていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセキュリティ要素。
5. 前記プロファイル構造（６）は、透明誘電体（１４）に埋設されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセキュリティ要素。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のセキュリティ要素（２）を有する貴重な文書。
7. 紙幣（１）、チェック又は同様のものなどの貴重な文書を製造するためのセキュリティ要素（Ｓ）の製造方法であって、基部（１０）の上方の上昇エリア（７）と金属上面とを有するプロファイル構造（６）が作製される、製造方法において、
   前記上昇エリア（７）は、
   前記基部（１０）に対して平行なカバー表面（８）を有し、
   それぞれ断面で見て階段高さ（ｔ）を有する少なくとも単一階段の形態であり、
   前記基部（１０）上において位置及び／又は広がりに関して非周期的に配分され、
   前記階段高さ（ｔ）は、少なくとも局所的に均一であり、及び前記階段高さ（ｔ）は、１００ｎｍ〜３５０ｎｍであることを特徴とする、方法。

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