JP5124272B2 - 金属化されたセキュリティエレメント - Google Patents

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Description

本発明は、複製ラッカー層およびそこに配置された金属層を有し、レリーフ構造が複製ラッカー層に形成された多層フィルム体の形態のセキュリティエレメントに関する。本発明はさらに、そのようなセキュリティエレメントを有するセキュリティドキュメントおよびそのようなセキュリティエレメントの製造方法に関する。

光学的なセキュリティエレメントは、ドキュメントや製品の複製や悪用を困難にするために、また可能な場合にはそのような複製や悪用を防ぐためにしばしば用いられる。このように、光学的なセキュリティエレメントは、ドキュメント、紙幣(banknote)、クレジットカード、キャッシュカードなどを保護するためにしばしば用いられる。この点において、従来の複製方法では複製されない光学可変エレメントを用いることが知られている。セキュリティエレメントが、テキスト、ロゴあるいは他のパターン形態に構造化された金属層を備えることもまた知られている。

例えばスパッタリングによって表面積にわたって適用された金属層から構造化された金属層を製造することは、特に偽造に対する高いレベルの保護を提供する細かい構造が生じる場合には、非常に多くの処理を必要とする。このように、例えば全表面積にわたって適用された金属層がポジ/ネガエッチングあるいはレーザーアブレーションによって部分的に非金属化され、構造化されることが知られている。その代わりとして、金属層が蒸着マスクの使用によって構造化された形状でキャリアにすでに適用されることが可能である。

セキュリティエレメントの製造のための製造段階が多ければ多いほど、個々の加工段階における記録精度がますます重要になる。

このように、例えばGB2136352Aは、安全特性としてホログラムを備えたシーリングフィルムの生産のための生産方法を記載している。この場合、プラスチックフィルムがそれに対する回折レリーフ構造のエンボス加工の後に全表面積にわたって金属化され、それから部分的にエンボス加工された回折レリーフ構造に正確に整合して非金属化される。

ここで、本発明の目的は、構造化された金属表面層を有する光学的なセキュリティエレメントの生産を改良することおよびそのような金属表面層を有する改良された光学セキュリティエレメントを提供することである。

本発明の目的は、複製ラッカー層を有する多層フィルム体の形態のセキュリティエレメントによって達成される。ここで、座標軸xおよびyによって画定された平面において第一のレリーフ構造がセキュリティエレメントの第一領域で複製ラッカー層内に形成され、座標軸xおよびyで画定された平面に対して一定の表面密度の金属層がセキュリティエレメントの第一領域およびセキュリティエレメントの隣接する第二領域で複製ラッカー層に適用される。また、第一レリーフ構造は、0.5より大きい個々の構造エレメントの深さ/幅比を有する回折構造であり、金属層は公称厚さt で生成され、この公称厚さt では、金属層の透明性は第二領域の金属層の透明性に対して第一領域の第一レリーフ構造によって増加する。

本発明はさらに、多層フィルム体の形態のセキュリティエレメントの生産方法によって達成される。第一レリーフ構造はセキュリティエレメントの第一領域において多層フィルム体の複製ラッカー層内に形成され、複製ラッカー層によって画定される平面に対して一定の表面密度の金属層がセキュリティエレメントの第一領域およびセキュリティエレメントの隣接する第二領域において複製ラッカー層に適用される。この結果、第一レリーフ構造は0.5より大きい構造エレメントの深さ/幅比を有する回折構造の形状に形成され、金属層は複製ラッカー層によって画定された平面に対してある表面密度で適用される。金属層の透明性が第二領域における金属層の透明性に対して第一領域における第一レリーフ構造によって増加するように、金属層は公称厚さt で生成される

この点において、第一領域における透明性は特に人間の眼にとってさらに可視となるが、機械光学測定システムによってのみ検出されうるさらなる透明性があってもよい。

セキュリティエレメントにおいて金属層が全表面積にわたってではなくパターン領域にのみ設けられ、本発明は、セキュリティエレメントの製造コストを削減する。より具体的には、本発明は、複製ラッカー層に金属層を形成するための全表面積にわたった金属の均一な沈着を提供する。第一領域における第一レリーフ構造によって金属層は非常に薄くなり、そこで透明となるかまたは無いように見える。これまでにレリーフ構造に適用された金属層を構造化するために必要であった手順は本発明による方法で除かれる。本発明により、コストが大きく且つ環境的に損害を与える処理段階、例えば印刷、エッチングおよびストリッピング処理がこのようなセキュリティエレメントの製造において省かれ、整合精度のレベルが著しく高められる。

非常に高いレベルの解像度が本発明の方法によって可能となる。達成され得る解像度は、他の方法によって達成され得る解像度の1000倍優れている。第一レリーフ構造の構造エレメントの幅が可視光の波長領域およびそれ以下になり得るので、非常に細かい輪郭を有する金属化されたパターン領域を生じさせることが可能となる。したがって、これまで用いられてきた方法に対する主な利点はこの点において達成され、本発明によってこれまでよりも複製や偽造に対してより高度に保護するセキュリティエレメントを生じさせることが可能である。

本発明は、非常に細かい構造エレメントに分解することによる構造の表面積を著しい増加における発見的解決法を採用する。その表面にわたって適用された金属層をマーキングする領域において非常に薄く透明あるいはより透明にみえる。この場合、表面は高い深さ/幅比を有する多くの構造エレメントによって形成される。この点において、深さ/幅比という用語は、二つの隣接する構造エレメントの平均高さhあるいは平均断面深さと二つの隣接する構造エレメントの間隔dあるいは周期間隔との間の比を表す。この場合、金属層は複製ラッカー層によって画定された平面上に垂直に厚さtで沈着される。領域の有効表面積が大きくなるほど、つまり金属が沈着された領域のレリーフ構造の深さ/幅比がより大きくなるほど、複製ラッカー層の表面の金属層の有効な厚さが減少する。このような薄い金属層は透明あるいは半透明に見え、この点において効果が発見的に説明され得る。

構造深さが関数z=f(x、y)によって決定される領域Rにおける有効表面積は、次式のように記述される。

式1


x方向に周期d、y方向に周期dを有し、断面深さhの交差格子は、例えば次の関数によって記述され得る。ここでxおよびyは直交軸である。

式2


周期xおよびyが等しい場合、つまりd=d=dの場合、これは次の偏微分係数を与える。

式3

このように有効表面積は次式によって定義される。

式4

この式は簡単な方法で解析的に解くことができない。しかしながら、驚くべきことに、この式の数値解によって、公称厚さtに交差格子に適用され局所的に厚さtで形成された金属層の場合、交差格子のレリーフ構造の深さ/幅比h/dが1より大きいときに厚さ比ε=t/tが著しく増加するということが確立された。より具体的には、レリーフ構造により金属層の厚さtは公称厚さt(“フラット”領域における厚さ)に比して著しく減少する。例えば、h=2dで、つまり断面深さhが格子周期dの2倍のとき、厚さ比ε=3.5となる。したがって、深さ/幅比h/d=2を有するレリーフ構造によって、金属層の厚さtは0.3tほどであり、つまり金属層の領域はフラット領域の三分の一の厚さでしかない。

周期dで断面深さhの線形格子は次式によって記述することが出来る。

式5

これは、次の偏微分係数を提供する。

式6

このように有効表面積は次式で記述することができる。

式7

この場合、E(α)は全楕円二重積分を表す。

この場合も、驚くべきことに、この式の数値解は、深さ/幅比h/d>1のときに厚さ比εが著しく増加するということが明らかになった。

驚くべきことに、同じ深さ/幅比での線形格子の厚さ比εの増加は、上述した交差格子よりも大きいことが分かった。

したがって、レリーフ構造が交差格子あるいは線形格子の形状となる、つまりレリーフ構造が周期構造、例えば正弦二次構造を有する数学的な関数を含むことが可能となる。

しかしながら、レリーフ構造が確率的な周期構造で生じることもまた可能である。このような構造はx方向もしくはy方向、またはx方向およびy方向において生じてもよい。

金属層の透明性が、異なる高さの突起部および凹部を有する複雑な表面形状を有するレリーフ構造によって達成されることも可能である。この点において、このような表面形状は確率的な表面形状を含んでもよい。この場合、隣接する構造エレメントの平均間隔がレリーフ構造の平均断面深さよりも小さく、隣接する構造エレメントが互いに200μmより小さい間隔を置いているときに、透明性は一般に達成される。この点において、隣接する突起部の平均間隔は、レリーフ構造が特有の回折レリーフ構造であるように30μm以下になるように選択されるのが好ましい。

本発明の有利な構造は付随する請求項に記載される。

金属層の公称厚さtは、一方で金属層の十分な透明性が高い深さ/幅比を有する領域に確実に生じ、他方で公称厚さtで特徴づけられた金属層は不透明あるいは主に不透明に見えるようになっていることが有利である。観察者は通常は、入射光の85%が反射されるときには、すでにある領域を不透明あるいは完全に反射する領域として認識し、また、入射光の20%以下が反射され60%以上が透過するときには、すでにある領域を透明であると認識する。この値は基板や照明などに依存して変化し得る。この点において重要な部分は、金属層における光の吸収によって果たされる。例えば、ある状況下ではクロムはもっとも少なく反射する。

この点において、構造エレメントに生じる厚さtは、厚さtの平均値がレリーフ構造の表面の水平に対する傾斜角度に依存して形成されるように解釈されるべきである。この傾斜角度はレリーフ構造の関数の第一微分係数によって数学的に記述することが可能である。

レリーフ構造の局所的な傾斜角度がゼロに等しいとき、つまりレリーフ構造が平面領域の形状にあるとき、その伸びる方向は金属層の適用方向に対して垂直になるように、金属層は公称厚さtで沈着される。レリーフ構造の局所的な傾斜角度の大きさがゼロより大きいとき、金属層は公称厚さtより小さい厚さtで沈着される。

透明領域の生成において、その依存性に関する個々のパラメータを知ることおよびそれらを適切に選択することが重要である。特に、回折挙動の正確な計算がこの目的のために役に立ち、これは分光を含むべきである。

達成可能な最大反射度85%〜95%でゼロに等しい深さ/幅比で、金属層が、金属層のフラットな表面への適用に相応する表面密度で複製ラッカー層に適用されることもまた好ましい。この点において、達成可能な最大反射度は金属の性質に依存している。銀および金の金属層は非常に高い最大反射度を有するが、銅もまた十分に適する。

すでに見たように、レリーフ構造の深さ/幅比は別として、特に金属層の透明度は入射光の偏光に依存している。この効果が二次的な安全特性として用いられることもまた可能である。

金属層の透明度および/または反射度が波長依存性であるということもさらに分かっている。このように、多色光、例えば日光で照射されるとき色効果が観察され得る。これらの色効果は、付加的な第二安全特性として用いられることが可能である。

二レリーフ構造が複製ラッカー層の第二領域に形成され、第二レリーフ構造が0.2より小さい深さ/幅比で形成され且つこれにより実質的に不透明となるということが可能である。

第二レリーフ構造は1より小さい深さ/幅比を有することも可能である。このように、第一および第二レリーフ構造は、0〜100%の透明度が生じうる光学的に結合された領域を形成することが可能である。このような領域は、例えばその領域に配置された構造に対していわゆるフェードイン効果と呼ばれる効果を生じさせるために設けられてもよい。このように、例えばセキュリティドキュメントのパスポート写真は輪郭のないエッジで生じ得る。このような効果は付加的な安全特性となり得る。

第一領域は、高い深さ/幅比で、ロゴあるいはテキストの形態にその領域に配置された背景領域が可視となる透明パターン領域を形成することが可能である。しかしながら、第二領域が、領域が背景領域に対して不透明あるいは金属光沢を有するように低い深さ/幅比で、ロゴあるいはテキストの形態にパターン領域を形成することもまた可能である。

第二領域が細かい線形パターンの形状、例えば組みひも飾りパターンに広がることがさらに可能である。この点において、本発明を用いることの特に有利な点は、この細かい線形パターンが特にフィリグリーであり、且つ全ての回折安全特性と整合して配置され得るということである。例えば高い深さ/幅比を有するレリーフ構造は第一領域に設けられ、低い深さ/幅比を有するレリーフ構造は第二領域に設けられ、組みひも飾りパターンのフィリグリーラインを形成する。

本発明の利用は、第一レリーフ構造および/または第二レリーフ構造の深さ/幅比が、x方向および/またはy方向に離散的あるいは連続的に変化されることを可能にする。

有利なことは、異なる透明性あるいは不透明性を含むラスタエレメントはこのように生じることが可能であるということである。如何なる画像表示も、このようなラスタエレメントによって生じさせることが可能であり、その大きさは人間の眼によって分解可能な大きさよりも小さいという点が有利である。

2種類のラスタエレメント、すなわち透明ラスタエレメントおよび不透明ラスタエレメントのみが生成されてもよい。線形画像の性質における白黒画像は、このように生じ得る。

しかしながら、ピクセルがラスタエレメントによって生じ、そのグレイ値は透明および不透明ラスタエレメントとの間の表面積比によって決定される、ということも可能である。黒−白画像はこのようにピクセルから生じることが可能である。

ラスタエレメントのグレイ値を決定するレリーフ構造の深さ/幅比によって、グレイスケールにおいて段階に区切られたラスタエレメントが生じてもよい。このように、例えば、8ビットの解像度で白黒コンピュータグレイスケール画像を生じることが可能となる。

本発明の方法によってこのような画像を生じさせることの特に有利な点は、高い要求を満たす特に細かいラスタリングを生じさせることを可能にすること、および画像が全ての回折安全特性と整合することが可能であることである。この点において、ラスタ間隔は人間の眼の解像レベルより小さくなり得る。この場合、個々のラスタ領域の大きさは300μmより小さいことが好ましく、およそ50μmであることが好ましい。

第一および/または第二レリーフ構造が包絡構造と高い深さ/幅比の回折構造との重ね合わせから形成されることもまた可能である。この点において、包絡構造は光学回折効果を有する構造であり、特にホログラムを生じるレリーフ構造であるということが可能である。しかしながら、包絡構造はマクロ構造あるいはマット構造であることもまた可能である。このように、結果として生じた普通のレリーフ構造によって形成された第一および/または第二レリーフ構造によって覆われた領域のための付加的な技術的複雑さと浪費とをを有することなく、高いレベルの整合精度は達成される。これまでレリーフ構造に適用された金属層を構造化するために必要であった手順は本発明による方法で除かれる。

本発明によるセキュリティエレメントの多層フィルム体は、転写フィルム、特にホットスタンピングフィルムの形態であってもよいということは有利である。このように、セキュリティドキュメント、特に通帳(banknote)あるいはパスポートは本発明によるセキュリティエレメントをよく知られた方法において、つまり存在する機械および装置で提供されることが可能である。

金属層はスパッタリングによって本発明のセキュリティエレメントの複製ラッカー層に適用されるということは有利である。このように、十分に試された金属層の製造方法を用いることが可能である。金属層を形成するための金属は複製ラッカー層によって画定された平面に沈着されるのが好ましい。このような表面密度は、ゼロに等しい深さ/幅比で且つ金属の光学的に不透明な金属層の最大反射度の85%〜95%の金属層の反射度で、沈着方向に垂直に配置されたフラット表面への金属層の適用に相応する。この点において、金属層は単一の金属からのみ、あるいは金属合金から形成されることも可能である。

レリーフ構造はUV複製によって複製ラッカー層に形成されることが可能であることは有利である。この方法において、高い深さ/幅比を有するレリーフ構造は特に容易に安価に生じ得る。

金属層の正確な整合関係での適用あるいはその除去は非常に高い技術を要求するので、本発明の方法で生じた安全特性は、従来の方法では非常に大きな困難を伴ってのみ、回折構造を設けられた複製層において模倣され得る。

これらの変形あるいはこれらの変形の組み合わせは、本発明の基礎的な思想に基づく複雑で光学的に人目を引くセキュリティエレメントを実施することを可能にする。

本発明は、付随する図を参照して例としての多くの実施形態によって記述される。
図1はキャリアフィルム10、剥離層20、保護ラッカー層21、レリーフ構造25および26を有する複製ラッカー層22、レリーフ構造25および26に配置された外部金属層23および接着層24を有する多層フィルム体の形態のセキュリティエレメント11を示す。レリーフ構造26は平面レリーフ構造の形態となっている。

セキュリティエレメント11はスタンピングフィルム、特にホットスタンピングフィルムである。しかしながら、セキュリティエレメント11がラミネートフィルムまたはスティッカーフィルムの形態であることもまた可能である。

キャリア層10は例えば層厚さが10〜50μmの、好ましくは厚さ19〜23μmのPETまたはPOPPフィルムを含む。次いで、剥離層20および保護ラッカー層21は、凹版スクリーンローラによってキャリアフィルムへ施される。この点において剥離および保護ラッカー層20および21は0.2〜1.2μmの厚さであることが好ましい。これらの層なしで済まされることも可能である。

次いで複製ラッカー層22が施される。

複製ラッカー層22は放射線架橋性複製ラッカーを備えている。好ましくはUV複製加工がレリーフ構造25および26を複製ラッカー層22に形成するために用いられる。この状況ではUV硬化性ラッカーが複製ラッカーとして用いられる。この手順においてレリーフ構造25および26がUV架橋性複製ラッカー層に、例えばそれがまだ柔らかいまたは液体状の間にラッカー層にレリーフ構造を形成するときにUV照射することによって、あるいはUV架橋性ラッカー層を部分的に照射して硬化することによって生じる。この点において、UV架橋性ラッカーの代わりに他の放射線架橋性ラッカーを用いることもまた可能である。

さらに、複製ラッカー層22が透明の熱可塑性材料を含むこともまた可能である。次いで、1つのレリーフ構造または複数のレリーフ構造、例えばレリーフ構造25および26が複製ラッカー層22にエンボス加工ツールによってエンボス加工される。

複製ラッカー層22として選択されるべき厚さは、レリーフ構造25および26のために選択される断面深さによって決定される。複製ラッカー層22がレリーフ構造25および26の形成を可能とするのに十分な厚さからなることを確実にすることが必要である。この点において、複製ラッカー層22が0.3〜1.2μmの厚さであることが好ましい。

例として、複製ラッカー層22は線状ラスタ凹版ローラによって乾燥前に2.2g/mの適用重量で全表面積にわたって保護ラッカー層21に施される。この場合、次の組成のラッカーが複製ラッカーとして選択される。
成分 重量比
高分子PMMA樹脂 2000
オイルフリーシリコンアルキド 300
非イオン性湿潤剤 50
低粘度ニトロセルロース 12000
トルエン 2000
ジアセトンアルコール 2500

次いで、複製ラッカー層22は100〜120℃の温度で乾燥通路において乾燥される。

次いで、レリーフ構造25および26は、例えばニッケルを含むダイによって130℃で複製ラッカー層22にスタンプされる。レリーフ構造25および26を複製ラッカー層にスタンプするために、ダイは電気的に熱せられるのが好ましい。スタンピング処理の後に複製ラッカー層22からダイが取り外される前に、この場合ダイは再び冷却されることが可能である。レリーフ構造25および26が複製ラッカー層にスタンプされた後に、複製ラッカー層22の複製ラッカーは架橋することによってまたはいくつかの他の方法によって硬化される。

さらに、レリーフ構造25および26が複製ラッカー層22にアブレーション処理によって導入されることもまた可能である。特に、レーザー除去処理がこの目的に適している。

複製ラッカー層22はHRI(高反射指数)材料、例えばZnSまたはTiOで覆われることもまた可能である。このように、場合によってはより大きな透明性が与えられたレリーフ構造の深さをともなって形成されることが可能である。

この点においてレリーフ構造25および26は、レリーフ構造25および26の金属層23の表面密度が一定となるように普通のコーティング処理、例えばスパッタリングにおいて金属層23で覆われたレリーフ構造を含む。このように、深さ/幅比の低いレリーフ構造25の金属層23は不透明であり、深さ/幅比の高いレリーフ構造25の金属層23は透明である。例として、レリーフ構造26は深さ/幅比h/d=0で形成されるが、第二レリーフ構造26は0.5より小さい深さ/幅比を有してもよい。また、第二レリーフ構造は0.5より大きい個々の構造エレメントの深さ/幅比で包絡線構造と回折構造との重ね合わせから形成されてもよい

次いで、接着層24は金属層23に施される。接着層24は熱的に活性化可能な接着剤を有する層であることが好ましい。しかしながら、セキュリティエレメント11の態様によっては接着層24なしで済ませることもまた可能である。

レリーフ構造25は、レリーフ構造の構造エレメントに関する限りにおいて高い深さ/幅比を有する構造であり、光学効果を生じさせるためにセキュリティエレメントに形成された従来のレリーフ構造よりも数倍の有効表面積を有する。この点において、深さはピークと谷との間の平均間隔として解釈されるべきであり、幅はレリーフ構造の隣接する二つの構造エレメントの間隔として解釈されるべきである。公称厚さtでレリーフ構造に適用され、局所的には厚さtで形成される金属層の場合、レリーフ構造の深さ/幅比h/dが1より大きいとき、厚さ比ε=t/tは著しく増大する。より具体的には、金属層の厚さtはレリーフ構造によって公称厚さt(“フラット”な領域における厚さ)に関して著しく減少する。このように金属層は透明であることも可能である。

ここで、図2は、図1に示されたレリーフ構造25の一実施形態の拡大概略図を示し、この実施形態は、レリーフ構造に配置された金属層23に関して透明性を与えるように構成されている。

この例において、図2に示されるように、レリーフ構造25は周期関数f(x、y)であり、矢印25xおよび25yは特定された座標軸xおよびyを表す。関数f(x、y)はレリーフ構造25の深さ25zを周期的に変化させ、図に示される場合ではxおよびy方向にも正弦二次関数型である。これにより、図2に示されるx方向において関数f(x、y)の周期長が25pおよびy方向において周期長25qでそれぞれ互いに間隔をおき、構造深さが25tである構造エレメント25a、25b、25cおよび25dを有するレリーフ形状を与える。この場合、周期長25pおよび25qが選択され、構造深さ25tに等しいかそれ以下となる。

図2に示されたレリーフ構造2は、例えば330nmの周期長25pおよび25q且つ500nm以上の構造深さ25tを必要とする。

この点において、周期長25pおよび25qと断面深さ25tとのいずれの形状も図2に示される図と異なってもよい。この点において不可欠なことは、周期長25pおよび25qのうち少なくとも1つが構造深さtに等しいかより小さいことである。周期長25pおよび25qのうち少なくとも1つが可視光の波長の限界よりも小さいとき、特に良好な結果が達成される。

図3は構造要素25eおよび25fを1つの座標軸方向にのみ有するレリーフ構造を示す。それ以外は図2において選択されたように参照され、図2の実施形態に対して異なる点に対してはここで参照される。構造エレメント25eおよび25fは、y座標25yの方向に一定の構造深さ25tで伸びる。図3に概略的に示されるレリーフ構造もまた透明に見える。

ここで図4および5は、図2および3に示されたレリーフ構造に関連して、金属層23の厚さ比ε=t/tとレリーフ構造25の深さ/幅比h/dとの間の関係を示す。

驚くべきことに、厚さ比εにおける増大は、同じ深さ/幅比のとき前述した交差格子(図2参照)よりも線形格子(図3参照)の方が大きいということが分かっている。

例として、同じ深さ/幅比h/d=2で、線形格子の厚さ比はε=4.2であり、これは前述した交差格子の厚さ比より大きい。

図6はここで、透明性を与える原因となる金属層23に対する厚さ変化効果を詳細に示す。

図6は、高い深さ/幅比のレリーフ構造625およびゼロに等しい深さ/幅比のレリーフ構造626を有する複製ラッカー層622の概略断面図を示す。例えばスパッタリングによって施された金属層623が複製ラッカー層622に配置されている。矢印60は金属層623の適用方向を示す。金属層623はレリーフ構造626の領域では公称厚さtとなり、レリーフ構造625の領域では公称厚さtより小さい厚さtとなっている。この点において厚さtは水平に対するレリーフ構造の表面の傾斜角度に依存して形成されるので、厚さtは平均値として解釈されるべきである。この傾斜角度は、レリーフ構造の関数の第一導関数によって数学的に記述されることが可能である。

したがって、傾斜角度がゼロに等しいときは金属層623は公称厚さtで沈着し、傾斜角度の値がゼロより大きいときは金属層623は厚さt、つまり公称厚さtより小さい厚さで沈着する。

金属層の透明性は、高さの異なる突起部および凹部で複雑な表面形状を有するレリーフ構造によって達成されることもまた可能である。この場合、このような表面形状は確率的な表面形状を含んでもよい。このような場合、隣接する構造エレメントの平均間隔がレリーフ構造の平均断面深さよりも小さく、隣接する構造エレメントが互いに200μmより小さい間隔をおいているとき、透明性は概略達成される。このとき、レリーフ構造が空間回折レリーフ構造であるように隣接する突起部の平均間隔が30μmより小さいことが好ましい。

透明領域を生じさせることに関して、個々のパラメータがそれらの依存性について既知であり適当に選択されることが重要である。観察者は、85%の入射光が反射される場合にはある領域をすでに完全に反射されているように知覚し、20%以下の入射光が反射され80%以上が透過される場合には透明であるように知覚する。これらの値は基板や照明などに依存して変化し得る。ここで、金属層における光の吸収によって重要な役割が果たされる。例によれば、クロムおよび銅がある状況下ではあまり反射しない。これは、1%以下の透明度で50%の入射光のみが反射されることを意味することもできる。

図7aおよび7bはここで、波長λ=550nmの光を用いたレリーフ構造の照射において、金属層の厚さnmと反射度%との間の関係を示し、これは金属の種類に依存している。この場合、金属層は屈折率n=1.5を有する透明基板へ施される。例として、アルミニウム(Al、図7a参照)から形成される金属層については、反射領域が厚さt>17nmで生じ、透明領域が厚さt<3nmで生じることが確認された。厚さ比εは結果としてε=17/3=5.67として選択される。

表1は、光の波長λ=550nmでの、プラスチックフィルム(屈折率n=1.5)の間に配置されたAg、Al、Au、Cr、Cu、RhおよびTiの金属層の確認された反射度を示す。この場合、厚さ比εは最大値Rmaxの反射度R=80%として求められる金属層の厚さtと最大値Rmaxの反射度R=20%
として求められる金属層の厚さとの商として形成される。

発見的な検討から、銀および金(AgおよびAu)は後に見られるように高い最大反射度Rmaxを有し、比較的低い深さ/幅比が透明性を与えるのに必要とされる。アルミニウム(Al)もまた明らかに高い最大反射度maxを有するが、より高い深さ/幅比が必要とされる。したがって金属層は、銀あるいは金から形成されることが好ましいということになる。しかしながら、金属層は他の金属あるいは合金から形成されることもまた可能である。

図8a〜8dは、施された金属層の透明度が異なるレリーフ構造825a、825b、826aおよび826bの構成を説明する実施形態の概略断面図を示す。図示される例において、これらのレリーフ構造は二つの構造エレメントの間の間隔がd=350nmである構造エレメントを有する。この間隔dは図8a〜8dには示されていない。それぞれの場合、レリーフ構造は公称厚さt=40nmで形成された金属層823によって占められている。この層厚さでは金属層823は不透明または平坦な背景における反射性を表す。

図8aは深さh=800nmの透明レリーフ構造825aを概略的に示す。金属層823の透明度のレベルの原因となる深さ/幅比は結果としてh/d=2.3となる。

図8bは深さh=400nmの透明レリーフ構造825bを概略的に示す。金属層823の透明度のレベルの原因となる深さ/幅比は、結果としてh/d=1.14となる。金属層823は図8aの実施形態におけるよりも透明性がより小さく見える。

図8cは深さh=100nmの不透明レリーフ構造826aを概略的に示す。金属層823の透明度のレベルの原因となる深さ/幅比は、結果としてh/d=0.29となる。金属層823の透明度はここで、非常にわずかなので金属層823は、図8dに示される実施形態と比較して透明成分を有するにもかかわらず不透明性を表す。

図8dは深さd=0nmのレリーフ構造826bを概略的に表す。透明度のレベルの原因となる深さ/幅比は結果としてh/d=0となる。金属層823は完全に不透明性を、例えば反射性を表す。

表2は、異なる深さ/幅比を有する、350nmの回折間隔を有する線形の正弦関数格子の形状のレリーフ構造の厳密な回折計算から得られる計算結果を示す。レリーフ構造は公称厚さt=40nmを有する銀で覆われている。レリーフ構造へ入射する光は波長λ=550nm(緑)であり、TE偏光またはTM偏光である。

すでに見たように、深さ/幅比は別として特に透明度は入射光の偏光に依存している。深さ/幅比d/h=1.1のときのこの依存性が表2に示される。この効果は第二の安全特性として用いられることが可能である。

本発明によるレリーフ構造の透明度または反射度は、波長依存性を有することもまた分かっている。ここで、図9a〜9eはこの効果を説明する計算結果をグラフ表示で示す。

図9aは、格子周期あるいは格子間隔d=300nmを有する第一正弦関数格子の格子深さhnmに対してプロットされた反射度Rまたは透明度Tを示すグラフ表示である。格子深さは、h=0nmから600nmまで変化し、これは深さ/幅比h/d=0から2までの変化に相当する。格子は層厚さt=50nmで銀でコーティングされ、波長λ=550nmの偏光によって照射される。曲線は、TM偏光の反射度にはOR TM、透明度にはOT TMで示され、同様にTE偏光には、OR TEおよびOT TEで示される。

図9aから分かるように、本発明による効果はTE偏光で特に著しく顕著となる。

図9bは今、図9aにおいて用いられた格子の非偏光での透明度Tを、格子深さhに対してプロットしたものを示す。

図9cは、図9aと同様に、深さ/幅比h/d=1に相当する格子深さ300nmで構成された第二の正弦関数格子の場合、透明度Tに対する光の波長の影響を示す。分かるように、光
の偏光と偏光の性質(OT TMあるいはOT TE)との両者が同時に、光の波長に依存する透明度Tに影響を与える。非偏光としてOT unpolで示された曲線が、それぞれTM偏光およびTE偏光としてのOT TMとOT TEの2曲線の間に伸びている。

図9dおよび9eはここで、透明度Tに関して、深さ/幅比h/dの減少がこれらの曲線形状に与える影響を示す。

図9dは深さ/幅比h/d=0.67に相当する格子深さh=200nmで構成された図9cに示された正弦関数格子についての透明度Tの表示を示す。特に非偏光の光で照射されたとき、この透明度Tは図9cに対して著しく低い。λ=450nmのTM偏光での照射では、ゼロに近い透明度が観察される。

図9eは、深さ/幅比h/d=0.33に相当する格子深さh=100nmで構成されている図9cに示された正弦関数格子に関する透明度の図を示す。ここで、透明度Tは非常にわずかなので格子に施された銀の金属層は全ての波長で不透明に見える。

図9a〜9eに示された計算結果が示すように、高い深さ/幅比を有する本発明によるレリーフ構造は、多色光、例えば日光で照射されて観測される色効果を生じる。これら色効果は付加的な二次的安全特性として用いられることも可能である。

入射光の角度が法線の入射角度と異なる場合に透明度は減少する、つまり、光が垂直に入射しない場合に透明度は減少するということもさらに分かる。これは、本発明によるレリーフ構造の領域は光の入射の制限された円錐状にのみ透明であり得るということを意味する。したがって、この効果はさらなる安全特性として用いられ得る。傾いて観察されたときに金属層は半透明であるということが可能である。

ここで、図10a〜10cは、層厚さt=55nmの銀でコーティングされた格子間隔d=300nmの第三の正弦関数格子の透明度Tあるいは反射度Rに対する光の入射角度の影響を示す。

図10aは光が垂直に入射するときの初期状態を示すグラフである。透明度Tに関する曲線形状は質的に図9cに示されたものに対応する。後に見られるように、反射度Rは、透明度Tよりも波長依存性が小さい。これは、特に非偏光で格子を照射するときに当てはまる。

ここで、図10bは、格子線の側面と垂直の関係の方向にある垂線に対して角度θ=20°、および格子線の側面と平行の方向にある垂線に対して角度φ=0°での照射として、透明度Tまたは反射度Rに関する曲線形状を示す。ここでまた、特に非偏光で照射されるとき、透明度Tおよび反射度Rは図10aと比較して広い範囲で波長依存性を有する。

図10cは角度θ=0°およびφ=20°で照射したときの透明度Tおよび反射度Rに関する曲線形状を示す。したがって、ここで光は格子線の側面と平行関係に傾いて入射する。図10bと比較して、波長依存性の形状は質的に著しく異なる。

ここで、図11は透明度の異なる領域を生じさせる実施形態を表す概略図を示す。この場合、領域91〜96は、透明度T=0%を有する領域91に始まり透明度T=100%を有する領域96まで、20%ごとに異なる透明度で生じる。図11からはっきりと分かるように、この目的のために領域91〜96は、不透明ラスタエレメント92o〜96oおよび透明ラスタエレメント92t〜96tを有するラスタ構造となる。領域91〜96は、例えばことなる透明度Tのピクセルの形態でもよい。

示された実施形態において、不透明ラスタエレメント91o〜95oは図11において黒で示され、透明ラスタエレメント92t〜96tは白で示される。これは、ラスタエレメントとその領域の間の実際の大きさの関係を再現していない粗い概略図である。領域91〜96のそれぞれの透明度Tは不透明ラスタエレメント91o〜95oの総表面積の透明ラスタエレメント92t〜96tの総表面積に対する比によって記述される。ラスタエレメントは、人間の目ではもはや分解できない大きさで生じ得る。したがって、このようにラスタライズされた領域91〜96は、不透明および透明ラスタエレメントの等しい分布で、均一な透明度Tを有する領域として視覚的に現れることが好ましい。

示された実施形態において、不透明ラスタエレメント91o〜95oは透明度T=0%の金属層に関して、深さ/幅比h/d=0および公称厚さtで生じる。透明ラスタエレメント92t〜96tは高い深さ/幅比、つまり、好ましくはh/d>2で生じる。しかしながら、半透明ラスタエレメント91o〜95oが低い深さ/幅比、例えばh/d=0.1で生じ、透明ラスタエレメント92t〜96tがこれらと比較して相対的に高い深さ/幅比、例えばh/d=1で生じることもまた可能である。

例えば不透明ラスタエレメントのみで生じる領域91は透明度T=0%を有するように、領域91〜96は1つのタイプのラスタエレメントのみを含む。領域96は透明ラスタエレメント92tのみから生じ、したがって透明度T=100%を有する。領域92〜95は不透明ラスタエレメント92o〜95oおよび透明ラスタエレメント92t〜95tの両者から生じ、したがって20%〜80%の間の透明度を有する。

異なるグレイスケールの領域は、深さ/幅比が領域で異なることによって形成されるということもまた可能である。図12は一つの例に関するグラフによって、透明度Tが深さ/幅比h/dによってどのように調整され得るのかを示す。すでに上述したように、透明度Tと深さ/幅比h/dとの関係は、多くのパラメータ、例えば、金属の種類およびレリーフ構造の性質に依存している。しかしながら、基本的には透明度Tは深さ/幅比h/dの増加にともなって増加する。この例においては、深さ/幅比h/d=5.3のとき透明度T=100%である。この比は発見的解決法に基づいている。質的に目立った減少なしに、図11の符号96によって示される完全な透明領域は、深さ/幅比h/d=>1.0で、例えば透明度T=80%であるようにh/d=2.2で生じることがすでに可能である。より低い深さ/幅比は、例えば技術的に有利になり得る。

画像表示が、図11および12を参照して記述された方法において生じるということも可能である。この方法において可能な高い解像度により、高品質の画像を提供する画像がこのように、例えばロゴあるいは文字の形態に生じることが可能である。例えば線形画像あるいは黒−白ラスタ画像が黒−白ラスタリング処理で生じ得る。すでに述べたように(図11参照)、この点においてピクセルの透明度は不透明ラスタエレメントおよび透明ラスタエレメントの間の比によって決定される。しかしながら、ピクセルは異なる深さ/幅比(図12参照)を有する均一な領域の形態であることもまた可能である。このように、例えばコンピュータ画像がグレイスケールモードで画像表示の形態に生じることもまた可能である。この方法で可能な高解像度によって、高い質のグレイスケール画像がこの方法において生じることが可能となり、例えば高画質の写真画像がどのような背景に対しても再現することが可能となる。

しかしながら、透明性を連続的に変化させながらマクロ領域を生じさせ、その領域に配置されたエレメントを光学的に“フェードイン”させることもまた可能である。このように、例えばパスポート写真をはっきりしたエッジの画定なしで再現することが可能である。

図11および12において特徴づけられた解はともに組み合わされて、さらなる効果が達成され得るということもまた可能である。例えば人間の眼に対して可視であるラスタエレメントが構造エレメントとして、例えばジャーナルラスタの形態で用いられることも可能である。

図13はここでカード本体28、カード本体28に配置された画像エレメント27を有するセキュリティドキュメント12および図1に示されたセキュリティエレメント11の概略図を示す。同様のエレメントは同様の符号によって示されている。

この目的のため、セキュリティエレメント11はキャリアフィルム10から剥がされ、カード本体28に適用される。この点において剥離層20(図1参照)はセキュリティエレメントのキャリアフィルム10からの剥離を助ける。

ここで、レリーフ構造25の下に配置された画像エレメント27の領域のみがセキュリティエレメント11の適用によって依然として可視である。レリーフ構造26の下に配置された画像エレメント27はセキュリティドキュメントを観察する人にとって可視ではない。金属層23のためにそれらは、特に図15および16からよく分かるように、組みひも飾りの形状に細かなパターンとなり得る反射領域として見える。上述した方法によって適用されるパターンは非常に細かいので、他の方法、例えば色複製方法で模倣されることができない。

ここで図14および15はセキュリティエレメントおよびこのセキュリティエレメントが設けられたセキュリティドキュメントの第二の実施形態を示す。同様のエレメントは同様の符号によって示される。

図14はキャリアフィルム10、剥離層20、保護ラッカー層21、レリーフ構造25、26およびさらにレリーフ構造125、126を有する複製ラッカー層22、金属層23および接着層24を有する多層フィルム体に形態のセキュリティエレメント111を示す。レリーフ構造125および126は、示された概略的な例において正弦関数構造のレリーフ構造25および26との重ね合わせの形状となっている。重ね合わされた構造は例えばこのようにレリーフ構造125の領域で可視となりレリーフ構造126の領域で不可視となるホログラムを生じさせる構造を含むことが可能である。例として、この点においてレリーフ構造26および126は従来の方法では再現できない組みひも飾りパターンを形成することが可能であり、つまりこれは安全特性の形態となる。

図13から類推して、図15は、図14に示されたセキュリティエレメント111が適用されたセキュリティドキュメントの概略図を示す。

ここで図16および17は識別ドキュメント110の用途の一例を示す。この識別ドキュメント110は識別ドキュメントの所有者の写真110p、文字110k、個別の文字110vおよび組みひも飾りパターン110gを有する。

示された実施形態において、写真110p、文字110kおよび個別の文字110vはドキュメント110のカード本体に技術的状態に応じて適用される。図の一層の明確にするために図17に詳細に示された組みひも飾りパターン110gは、カードの全表面にわたって配置される。示された実施形態において、組みひも飾りパターン110gの線は、高い深さ/幅比の透明領域に直接隣接する深さ/幅比<0.2且つ50μmの幅の領域の形状となっている。これにより、組みひも飾りパターン110gは他の方法で適用されることは不可能なので、識別ドキュメントは特に簡単な方法において偽造を照明する性質となる。

図16に示された実施形態のようなセキュリティドキュメントは、偽造に対する一層のセキュリティレベルを有するという利点と、簡略的に且つより正確に製造されるという利点とを組み合わせる。より具体的には、透明および不透明領域が一つの処理段階で生じ得るので、正確な整合関係での記録印刷において生じる位置決めの問題がもはや起こらず、換言すると、透明領域、不透明領域および背景領域が、もはやこれまでのように高いレベルの正確さで互いに関係して配置されなくてもよい。本発明による方法により、透明および不透明領域は表面構造によって、より具体的には正確にそれらが意図されたところに生じる。この点において、多層薄膜システム、液晶システムなどが含まれ得る。

本発明によるセキュリティエレメントの概略図。 交差格子のレリーフ構造の概略斜視図。 線形格子のレリーフ構造の概略斜視図。 図2のレリーフ構造の深さ/幅比h/dと厚さ比εとの関係のグラフ表示。 図3のレリーフ構造の深さ/幅比h/dと厚さ比εとの関係のグラフ表示。 本発明によるレリーフ構造の概略断面図。 様々な金属の金属層の厚さtと反射度Rとの関係のグラフ表示。 様々な金属の金属層の厚さtと反射度Rとの関係のグラフ表示。 様々な深さ/幅比での本発明のレリーフ構造の概略断面図。 様々な深さ/幅比での本発明のレリーフ構造の概略断面図。 様々な深さ/幅比での本発明のレリーフ構造の概略断面図。 様々な深さ/幅比での本発明のレリーフ構造の概略断面図。 偏光で照射されたときの第一の金属化線形格子の深さhに依存する透明度Tあるいは反射度R間の関係のグラフ表示。 非偏光で照射されたときの図9aにおける線形格子の深さhに依存する透明度T間の関係のグラフ表示。 深さ/幅比h/d=1での第二の金属化線形格子の光の波長λに依存する透明度T間の関係のグラフ表示。 深さ/幅比h/d=0.67での図9cの金属化線形格子の光の波長λに依存する透明度T間の関係のグラフ表示。 深さ/幅比h/d=0.33での図9cの金属化線形格子の光の波長λに依存する透明度T間の関係のグラフ表示。 異なる照明角度で照射したときの第三の金属化線形格子の波長λに依存する透明度Tあるいは反射度Rの間の関係のグラフ表示。 異なる照明角度で照射したときの第三の金属化線形格子の波長λに依存する透明度Tあるいは反射度Rの間の関係のグラフ表示。 異なる照明角度で照射したときの第三の金属化線形格子の波長λに依存する透明度Tあるいは反射度Rの間の関係のグラフ表示。 表面ラスタリングによる透明性の変化の調整の概略図。 金属層の実施形態の透明度Tと深さ/幅比との間の関係のグラフ表示。 図1に示される本発明のセキュリティエレメントを有するセキュリティドキュメントの概略図。 本発明によるセキュリティエレメントの第二の実施形態の概略図。 図13に示される本発明のセキュリティエレメントを有する本発明によるセキュリティエレメントの第二の実施形態の概略図。 本発明によるセキュリティエレメントを有するセキュリティドキュメントに対する平面図の抽象的な表示。 図15に示されるセキュリティエレメントの組みひも飾りパターンの抽象的な表示。

Claims (18)

  1. 複製ラッカー層(22)を有する多層フィルム体の形態のセキュリティエレメント(11)であって、
    座標軸xおよびyによって画定される平面には前記セキュリティエレメントの第一領域に第一レリーフ構造(25)が前記複製ラッカー層(22)に形成され、
    前記セキュリティエレメント(11)の前記第一領域および前記セキュリティエレメント(11)の隣接する第二領域に前記座標軸xおよびyによって画定される前記平面に対して一定の表面密度の金属層(23)が前記複製ラッカー層(22)に適用され、前記第一レリーフ構造(25)は個々の構造エレメントの深さ/幅比が0.5より大きい回折構造であり、前記金属層は公称厚さtで生成され、この公称厚さtでは、前記金属層(23)の透明性が前記第二領域における前記金属層の透明性に対して前記第一領域の第一レリーフ構造(25)によって増加することを特徴とするセキュリティエレメント。
  2. 前記金属層(23)は、最大反射度の85%〜95%の金属層の反射度でゼロに等しい深さ/幅比で前記金属層(23)のフラット表面への適用に相応する表面密度で前記複製ラッカー層(22)に適用されることを特徴とする請求項1に記載のセキュリティエレメント。
  3. 前記レリーフ構造(25)の深さは前記座標xおよび/またはyの関数の形状であ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エレメント。
  4. 前記関数は確率的な関数であることを特徴とする請求項3に記載のセキュリティエレメント。
  5. 前記関数はsin(x、y)の関数であることを特徴とする請求項3に記載のセキュリティエレメント。
  6. 二レリーフ構造(26)が前記隣接する第二領域で前記複製ラッカー層(22)に形成され、前記第二レリーフ構造の前記個々の構造エレメントの前記深さ/幅比が、前記第一レリーフ構造の前記個々の構造エレメントの前記深さ/幅比よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載のセキュリティエレメント。
  7. 前記第二レリーフ構造(26)は0.2より小さい深さ/幅比を有することを特徴とする請求項6に記載のセキュリティエレメント。
  8. 前記第二レリーフ構造(26)は0.5より小さい深さ/幅比を有することを特徴とする請求項6に記載のセキュリティエレメント。
  9. 前記第二領域は、パターン領域であり、前記第一領域は背景領域であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1つに記載のセキュリティエレメント。
  10. 前記第一レリーフ構造(25)および/または前記第二レリーフ構造(26)の前記深さ/幅比は前記x方向および/またはy方向で変化することを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1つに記載のセキュリティエレメント。
  11. 前記第一領域または第二領域はマクロ領域においてラスタされた構造であり、前記マクロ領域では、前記マクロ領域の大きさおよび/または前記ラスタ間隔が人間の眼によって分解され得る前記間隔であるかあるいはより小さいことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1つに記載のセキュリティエレメント。
  12. 前記第二レリーフ構造は、パターン、マクロ構造あるいはマット構造を生じる光学回折効果を有する構造であることを特徴とする請求項6乃至8および10のいずれか1つに記載のセキュリティエレメント。
  13. 前記多層フィルム体は転写フィルムであることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1つに記載のセキュリティエレメント。
  14. 請求項1乃至13のいずれか1つに記載のセキュリティエレメントを有するセキュリティドキュメント。
  15. 多層フィルム体の形状のセキュリティエレメント(11、111)の製造方法であって、前記方法において、前記セキュリティエレメント(11、111)の第一領域で前記多層フィルム体の複製ラッカー層(22)に第一レリーフ構造(25)が形成され、前記セキュリティエレメント(11)の前記第一領域および前記セキュリティエレメント(11)の隣接する前記第二領域で前記複製ラッカー層によって画定される平面に対して一定の表面密度の金属層(23)が前記複製ラッカー層(22)に適用され、
    前記第一レリーフ構造(25)は0.5より大きい前記深さ/幅比を有する回折構造の形状で形成され、前記金属層(23)の透明性が前記第二領域における前記金属層(23)の透明性に関して前記第一領域における前記第一レリーフ構造(25)によって増加するように公称厚さtで生成されることを特徴とする製造方法。
  16. 前記金属層(23)は前記複製ラッカー層(22)に蒸着によって適用されることを特徴とする請求項15に記載の製造方法。
  17. 前記金属層(23)を形成する金属は、前記沈着方向に垂直に配置されたフラット表面への前記金属層(23)の適用に相応する表面密度で、前記複製ラッカー層(22)によって画定された平面に沈着され、前記金属層は前記金属からなる光学的に不透明な金属層の最大反射度85%〜95%でゼロに等しい深さ/幅比を有することを特徴とする請求項16に記載の製造方法。
  18. 前記レリーフ構造は、UV複製によって前記複製ラッカー層(22)に形成されることを特徴とする請求項15乃至17のいずれか1つに記載の製造方法。
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