WO2019121964A1

WO2019121964A1 - Sicherheitselement mit zweidimensionaler nanostruktur und herstellverfahren für dieses sicherheitselement

Info

Publication number: WO2019121964A1
Application number: PCT/EP2018/085914
Authority: WO
Inventors: Hans Lochbihler
Original assignee: Giesecke+Devrient Currency Technology Gmbh
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2019-06-27
Also published as: CN111511571A; CN111511571B; EP3727870B1; DE102017130589A1; EP3727870A1

Abstract

Es wird beschrieben ein Sicherheitselement für ein Wertdokument, wobei das Sicherheitselement (S) aufweist: ein dielektrisches Substrat (2), in dem eine zweidimensional periodische Nanostruktur (1) geformt ist, die eine Vielzahl von Grundflächenelementen (9), die eine Grundebene (5) definieren, und demgegenüber angehobenen oder abgesenkten Flächenelemente (3) aufweist, wobei zwischen den Grundflächenelementen (9) und den Flächenelemente (3) jeweils ein senkrecht zur Grundebene (5) gemessener Abstand besteht und zwischen den Grundflächenelementen (9) und den Flächenelementen (3) Verbindungsflanken ausgebildet sind, wobei die Grundflächenele- mente (9) und die Flächenelemente (3) jeweils mit einer metallischen oder hochbrechenden Schicht bedeckt sind, die dünner ist als der Abstand, und die Grundflächenelemente (9) und die Flächenelemente (3) in der Nanostruktur (1) in einem regelmäßigen Muster abwechselnd angeordnet sind und in zwei Richtungen, die parallel zur Grundebene (5) verlaufen, die zugeordnete Periode (d) der Anordnung der Flächenelemente (3) zwischen 100 nm und 450 nm beträgt, wobei auch die Verbindungsflanken mit der Schicht bedeckt sind, so dass diese durchgehend die Nanostruktur (1) bedeckt.

Description

Sicherheitselement mit zweidimensionaler Nano struktur und Herstellverf ahren f ür dieses Sicherheitselement

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für ein Wertdokument, wobei das Sicherheitselement ein dielektrisches Substrat aufweist, in dem eine zweidimensional periodische Nanostruktur geformt ist, die eine Vielzahl von Grundflächenelementen, die eine Grundebene definieren, und demgegen- über angehobenen oder abgesenkten Flächenelemente aufweist, wobei zwi- schen den Grundflächenelementen und den Flächenelemente jeweils ein senkrecht zur Grundebene gemessener Abstand besteht und zwischen den Grundflächenelementen und den Flächenelementen Verbindungsflanken ausgebildet sind, wobei die Grundflächenelemente und die Flächenelemente jeweils mit einer Metallschicht bedeckt sind, die dünner ist als der Abstand, und die Grundflächenelemente und die Flächenelemente in der Nanostruk- tur in einem regelmäßigen Muster abwechselnd angeordnet sind und in zwei Richtungen, die parallel zur Grundebene verlaufen, die zugeordnete Periode der Anordnung der Flächenelemente zwischen 100 nm und 450 nm beträgt. Die Erfindung betrifft weiter ein Herstellverfahren für ein solches Sicherheit- selement.

Die DE 102011101635 Al, DE 102015008655 Al oder DE 102012105571 Al be- schreiben solcher Sicherheitselemente und Herstellverfahren. In diesen Na- no Strukturen aus dem Stand der Technik sind gegenüber einer metallisierten Grundebene angehobene oder abgesenkte Flächenelemente in einem zweidi- mensionalen Muster angeordnet, die sich über gleichgroßen Föchern in der metallisierten Grundebene befinden. Die Flächenelemente wirken als An- tenne und bilden für bestimmte Wellenlängen elektromagnetische Resonan- zen zwischen der Metallisierung in der Grundebene und den Flächenelemen- ten aus. Dadurch ergibt sich eine Farbigkeit für sichtbares Licht in Auflicht und Durchlicht. Die Reflexion an der Ober- und der Unterseite ist aufgrund der unterschiedlichen Flächenbedeckung durch die Metallschicht unter- schiedlich. Aus der Veröffentlichung L. Lin, and Y. Zheng. "Multiple plas- monic-photonic couplings in the Au nanobeaker arrays: enhanced robustness and wavelength tunability." Optics letters, 2060-2063 (2015) sind sogenannte Nanobecher- Arrays aus Gold bekannt, welche ebenfalls Farbeffekte ausbil- den.

Die bekannten zweidimensional periodischen Sub wellenlängengitter sind je- doch sehr aufwendig herzustellen. Es ist eine Strukturierung im Subwellen- längenmaßstab erforderlich, um die Metallschicht in der Grundebene und die demgegenüber angehobenen oder abgesenkten metallisierten Flächenele- mente zu bilden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine zweidimensionale, farbfilternde Struktur anzugeben, die zum einen eine gute Farbfiltereigen- schaff aufweist und sich zum anderen einfacher herstellen lässt.

Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert.

Das Sicherheitselement ist für ein Wertdokument, ein Banknotenpapier o. ä. ausgebildet. Es weist ein dielektrisches Substrat auf. In dem dielektrischen Substrat ist eine zweidimensional periodische Nanostruktur geformt. Diese definiert eine Vielzahl von Grundflächenelementen, die eine Grundebene de- finieren. Gegenüber den Grundflächenelementen befinden sich in der Nano- struktur angehobene oder abgesenkte Flächenelemente. Zwischen den Grundflächenelementen und den Flächenelementen besteht ein Abstand, wo- bei dieser senkrecht zur Grundebene gemessen ist. Die Grundflächenele- mente und die Flächenelemente sind durch Verbindungsflanken miteinander verbunden. Die Nanostruktur kann somit beispielsweise durch säulenför- mige Erhebungen oder Vertiefungen im dielektrischen Substrat ausgestaltet sein. Die Grundflächenelemente und die Flächenelemente sowie auch die Verbindungsflanken sind mit einer Metallschicht bedeckt, die dünner ist als der Abstand. Somit ist die Nanostruktur durchgängig mit der Metallschicht versehen. Die Grundflächenelemente und die Flächenelemente sind in einem regelmäßigen Muster abwechselnd angeordnet. Damit sind sie in zwei, nicht- zusammenfallenden Richtungen, die parallel zur Grundebene verlaufen, pe- riodisch. Die Periodenrichtungen können variieren. Insgesamt liegen die Pe- rioden, in denen die Flächenelemente angeordnet sind, zwischen 100 nm und 450 nm, wodurch sich der Begriff der„Nanostruktur" ableitet. Anstelle einer Metallschicht kann auch eine andere hochbrechende Schicht verwendet wer- den. Somit kommen neben Metall für die hochbrechende Schicht als Material insbesondere Silizium, Zinksulfid oder Titandioxid in Frage. In dieser Be- schreibung wird der Begriff„metallisch" als gleichbedeutend mit„hochbre- chend" aufgefasst, soweit nicht ausdrücklich anderes beschrieben ist.

Wesentlich für die Wirkung der Nanostruktur und damit des Sicherheitsele- mentes ist es, dass auf der Nanostruktur ein geschlossener Metallfilm gebil- det ist. Er deckt eine Vielzahl von Erhebungen und die dazwischenliegenden Abschnitte, insbesondere alle Flanken der Vielzahl von Erhebungen ab. An- ders als im Stand der Technik, in dem Erhebungen oder Vertiefungen des Profils nur auf den Plateaus metallisch überzogen sind, ist nun ein geschlos- sener Metallfilm ausgebildet. Die derart metallisierte Nanostruktur reflektiert einfallendes Licht in der nullten Beugungsordnung, wobei ein Interferenzef- fekt auftritt, der die Reflexion farblich verändert, so dass ein Farbeffekt ent- steht. Die unbeschichtete Nanostruktur besteht dabei aus einem dielektrischen Ma- terial, welches z. B. eine Brechzahl von etwa 1,5 aufweist. Dabei eignen sich besonders Kunststofffolien, z. B. PET-Folien, als Substrat. Die eigentliche Ba- sisstruktur ist z. B. ebenfalls in Kunststoff, bevorzugt UV-Lack, ausgebildet oder entsteht durch thermoplastische Verformung der Folie. Nach der Be- dampfung wird schließlich die Struktur mit UV-Lack aufgefüllt und mit ei- ner Deckfolie kaschiert. Somit liegt ein Schichtaufbau vor, bei dem die Ober- und die Unterseite im Wesentlichen dieselbe Brechzahl besitzt.

Für die Metallschichten kommen folgende Materialien in Frage: Al, Ag, Pt, Pd, Au, Cu, Cr und Legierungen davon. Als hochbrechende Schichten eignen sich besonders ZnS, ZnO, Ti0₂, ZnSe, SiO, Ta₂Os oder Silizium.

Bei einem besonders zweckmäßigen Herstellverfahren wird zuerst ein Die- lektrikum mit der Nanostruktur geeignet strukturiert und dann vollflächig beschichtet. Es ist bevorzugt, dass die Nanostruktur in ein Einbett-Dielektri- kum eingebettet ist, welches vorzugsweise dieselbe Brechzahl hat wie das Dielektrikum des Substrates. Die Brechzahl kann beispielsweise zwischen 1,4 und 1,6 liegen. Dieselbe Brechzahl auf der Unter- und Oberseite der Struktur ist jedoch für den gewünschten optischen Effekt nicht zwingend.

Die Farbeffekte der zweidimensionalen Nanostruktur hängen stark von der Periodizität des Musters ab. Dies ist dazu in Weiterbildungen ausgenutzt, farbige Symbole bzw. Bilder zu erzeugen. Dazu ist der Flächenfüllfaktor und/ oder der Abstand zwischen den Flächenelementen und Grundflächen- elementen lokal variiert. Insbesondere ist es möglich, wie aus DE

102011101635 Al bekannt, eine Gruppe mehrerer Flächenelemente und Grundflächenelemente lateral mit gleichbleibenden Abmessungen so zu ge- stalten, dass ein gewünschter Farbeffekt eintritt. Diese Gruppe bildet dann ein Sub-Pixel. Mehrere Sub-Pixel werden durch entsprechende geometrische Gestaltung mit unterschiedlichen Farbeigenschaften versehen und dann zu einem Pixel zusammengefasst. Dies erlaubt eine farbige Bilddarstellung. Die unterschiedlichen Farben können dabei durch die entsprechende lokale Vari- ation eines oder mehrerer der Parameter des Gitters (Abstand zwischen Flä- chenelementen und Grundflächenelementen, Perioden des Musters in zwei Raumrichtungen sowie Ausdehnung der Flächenelemente) variiert werden. Durch die pixelweise Farbmischung von Basisfarben, z. B. RGB-Farben, in Subpixelbereichen können Echtfarbenbilder hergestellt werden. Der Vorteil von solchen Strukturen gegenüber der herkömmlichen Drucktechnik ist, dass hierbei eine sehr feine Motiv-Strukturierung bis in den Mikrometerbe- reich vorgenommen werden kann. Dennoch ist keine aufwendige Bemuste- rung von Metallisierungen etc. erforderlich, da die Metallschicht durchgän- gig ausgebildet sein kann. Diese Feinstrukturierung eignet sich besonders für Anwendungen in Moire-Vergrößerungsanordnungen, wie ebenfalls in DE 102011101635 Al beschrieben.

Das Substrat mit der beschichteten zweidimensional periodischen Nano- struktur kann insbesondere in einem Sicherheitselement für ein Wertdoku- ment verwendet werden. Es kann insbesondere in einem Sicherheitsfaden, Aufreißfaden, Sicherheitsband, Sicherheitsstreifen, Patch oder Etikett inte- griert sein. Insbesondere kann das mit dem Gitter versehene Sicherheitsele- ment transparente Bereiche oder Ausnehmungen überspannen. Das Substrat mit der zweidimensional periodischen Nanostruktur mit ge- schlossenem Metallfilm zeigt ausgeprägte Farbeffekte in Reflexion. Die ge- wünschte Farbe kann durch die Wahl von Strukturparametern der Nano- struktur eingestellt werden. Infrage kommen der Abstand zwischen Flächen- elementen und Grundflächenelementen, also die Höhe der Erhebungen oder Vertiefungen. Infrage kommt weiter die Periode bzw. die unterschiedlichen Perioden der Anordnungen von Erhöhungen und Vertiefungen in den Raumrichtungen parallel zur Grundebene. Ein weiterer möglicher Parameter ist die Abmessung der Flächenelemente sowie deren geometrische Form in Draufsicht. Diese kann rotationssymmetrisch sein. In anderen Ausbildungen hat sie eine zweizählige Symmetrie, ist beispielsweise rechteckig oder ellip- tisch. Der Anteil der Ausdehnung des Flächenelements an der Periode ist ebenfalls ein variierbarer Parameter, der Einfluss auf den Farbeffekt hat. Diese Parameter können natürlich lateral über das Sicherheitselement hin- weg variiert werden, um den Farbeffekt zu variieren und so ein Motiv zu er- zeugen. Auf diese Weise kann durch Anordnung von Nano Struktur ab schnit- ten mit lateral unterschiedlichen Strukturparametern einfach ein farbiges Motiv oder ein Echtfarbenbild in Reflexion bereitgestellt werden. Die Struk- turen können durch einfaches Prägen hergestellt werden. Anschließend fin- det eine metallische Beschichtung, beispielsweise Bedampfung statt. Diese Schicht muss dann nicht mehr aufwendig strukturiert werden, sondern be- deckt die Nanostruktur flächig. Auf diese Weise lassen sich Sicherheitsele- mente mit nicht fälschbaren optischen Eigenschaften kostengünstig in Groß- serie hersteilen. Die Farbigkeit der Struktur ergibt sich aufgrund der Prägung und nicht aufgrund einer Strukturierung der Metallisierung, die beispiels- weise sehr kostengünstig in Aluminium ausgeführt werden kann. Das Sicherheitselement kann insbesondere Teil einer noch nicht umlauffähi- gen Vorstufe (z. B. Banknotenpapier) zu einem Wertdokument sein, das zu- sätzlich noch weitere Echtheitsmerkmale aufweisen kann, damit die späteren Wertdokumente nicht kopierbare Echtheitsmerkmale aufweisen, um eine Echtheitsüberprüfung zu ermöglichen und unerwünschte Kopien zu verhin- dern. Banknoten, Chip- oder Sicherheitskarten, wie z. B. Bank- oder Kredit- karten oder Ausweise, sind Beispiele für ein Wertdokument. Ein Banknoten- papier ist ein Beispiel für eine Vorstufe. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Nachfolgend wird die Erfindung beispielshalber anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 perspektivische Schemadarstellungen zweier Ausführungs- formen einer Nanostruktur für ein Sicherheitselement;

Fig. 3A bis 5B mögliche Profile, die die Nanostruktur im Querschnitt haben kann; Fig. 6 bis 8 Beispiele für die laterale Anordnung von Erhebungen oder

Vertiefungen in der Nanostruktur des Sicherheitselementes in Aufsicht und Fig. 9 bis 14 Diagramme hinsichtlich der Reflexionseigenschaften ver- schiedener Ausführungsformen des Sicherheitselementes.

Figur 1 zeigt eine farbfilternde Nanostruktur 1, die zum Ausbilden eines Si- cherheitselementes S für ein Wertdokument vorgesehen ist. Die Nanostruk- tur 1 ist dadurch hergestellt, dass ein Träger 2 mit einem Profil versehen wird, das Erhebungen mit seitlichen Flanken 4 über einer Grundfläche 5 be- sitzt. Anders gesagt, das Profil sieht Säulen vor, die am Träger 2 ausgebildet sind. Die Seiten der Säulen bilden die Flanken 4 und die Deckfläche der Säu- len bilden Flächenelemente 3. Die Nanostruktur ist mit einer Metallschicht 6 versehen, die sowohl auf der Grundfläche 5 als auch auf den Flächenelemen- ten 3 aufgebracht ist. Auch die Flanken 4 sind mit der Deckschicht 6 verse- hen. Figur 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Erhebungen in Drauf- sicht auf eine Grundebene, die durch die Grundschicht 5 definiert ist, recht- eckigen oder quadratischen Querschnitt haben, die Figur 2 eine Ausfüh- rungsform mit zylindrischen Erhebungen. Die Erhebungen sind in Form ei- nes zweidimensional periodischen Musters angeordnet, wobei entlang zweier senkrecht zueinander liegenden Richtungen in der durch die Grund- fläche definierten Grundebene mindestens eine Periode d vorgesehen ist, dergemäß sich die Anordnung der Erhebungen wiederholt. Die Figuren 3A bis 5B zeigen unterschiedliche Ausführungsformen für das Profil der Nano- struktur im Querschnitt, beispielsweise längs der Richtung, in der die Aus- dehnung w₂ vorhanden ist. Die Figuren 3A, 4A und 5A betreffen dabei un terschiedliche Profile. In Figur 3A ist das Profil trapezförmig, in Figuren 4A und 4B rechteckig und in Figuren 5A und 5B kurvenförmig. In Figur 3B ist das Profil gegenüber der Figur 3A invertiert. Statt Erhebungen liegen somit Vertiefungen vor. Gleiches gilt für die Profile in Figuren 4B und 5B. Die Profildarstellungen der Figuren 3A bis 5B zeigen deutlich, dass die Erhe- bungen 7 bzw. Vertiefungen 8 in den Flächenelementen ebenso mit der Me- tallschicht versehen sind, wie an den Flanken 4. Ebenso ist in den verbleiben- den Grundflächenelementen 9 der Grundfläche 5 die Metallschicht 6 vorge- sehen, die im Ergebnis damit durchgängig und vollflächig ist. Fällt auf die Nanostruktur 1 unpolarisiertes Licht unter den Winkel Q, wird es in der nullten Beugungsordnung reflektiert. Die Gitterperiode d ist kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtspektrums und liegt im Bereich zwischen 100 nm und 450 nm. Die Nanostruktur 1 ist in zwei Raumrichtungen in der Grundebene 5 periodisch. Die Periode kann in beiden Richtungen unter- schiedlich sein. Perioden mit unterschiedlicher Periode können einen Polari- sationseffekt zeigen. Möchte man diesen nicht, wählt man vorteilhafter Weise in beiden Raumrichtungen dieselbe Periode. Die Metallschicht 6 hat einen Brechungsindex v. Sie ist durch die Nanostruktur 1 auf dem Substrat 2 sowie eine Deckkaschierung 10 in ein Dielektrikum mit dem Brechungsindex n eingebettet. Hier handelt es sich bevorzugt um einen UV-Lack, der sich auf einer Folie, beispielsweise PET-Folie, befindet, die das Substrat 2 bildet. Der Brechungsindex beider Materialien liegt etwa bei 1,5. Die Dicke der Metallschicht beträgt zwischen 20 nm und 150 nm. Sie ist in den Figuren mit t eingezeichnet.

Für die Nanostruktur 1 kommen verschiedenste Profile infrage; die Figuren 3A bis 3B zeigen lediglich exemplarische Beispiele. Gemein ist den Beispie- len, dass die Flanken 4 ebenfalls mit der Metallschicht 6 versehen sind. Im Fall der im Querschnitt rechteckigen Erhebungen 7 bzw. Vertiefungen 8 kann dies durch Sputtern oder ALD (atomic layer deposition) erzielt werden. Die verrundete Struktur gemäß Figuren 5A und 5B ergibt sich vielfach auch herstellungsbedingt, da strikt scharfkantige Ecken, wie in den Figuren 3A und 3B, bei Prägeprozessen in Nanostrukturfeinheit nur sehr schwer oder in Praxis gar nicht zu erzielen sind.

Die Figuren 6 bis 8 zeigen mögliche Muster, in denen die Erhebungen 7 bzw. Vertiefungen 8 angeordnet werden können. Die Struktur des Musters kann beispielsweise orthogonal (Figur 6) oder hexagonal (Figuren 7 und 8) sein. Um farbige Motive oder Echtfarbenbilder auszubilden, ist eine laterale Varia- tion von Strukturparametern der Nanostruktur erforderlich. Es werden Teil- bereiche vorgesehen, die unterschiedliche Strukturparameter haben. Aus dem Stand der Technik ist hierfür die Anordnung in Form Sub-Pixeln und Pixeln bekannt, wie oben erwähnt.

Die Perioden d liegen im Subwellenlängenbereich, d. h. im Bereich zwischen 100 nm und 450 nm. Die Füllfaktoren wi/ di und w₂/ d₂ liegen zwischen 0,2 und 0,8, bevorzugt zwischen 0,3 und 0,7. Um eine polarisationsunabhängige Farbfilterung zu erzielen, werden die Profilparameter für die beiden Raum- richtungen möglichst identisch gewählt, also pi = p₂ und si = s₂. Dies ist je- doch optional. Ebenso sind im beschriebenen Ausführungsbeispiel die Perio- dizitätsrichtungen senkrecht zueinander. Auch dies ist optional. Auch räum- lich asymmetrische Anordnungen des Profils und der Periodizität sind denk- bar. Mit anderen Worten, das Muster 6 muss nicht, wie in Figur 1 dargestellt, ein kartesisches Muster sein. Auch können die Säulen 4 asymmetrisch gestal- tet sein. Für die Metallschichten kommen folgende Materialien in Frage: Al, Ag, Pt, Pd, Au, Cu, Cr und Legierungen davon. Als hoch brechende Schichten eig- nen sich beispielsweise ZnS, ZnO, T1O2, ZnSe, SiO, Ta₂Os oder Silizium. Zur Herstellung kommen verschiedene Prozesse in Frage. Zuerst wird der dielektrische Träger mit den im Muster angeordneten Erhebungen 7 oder Vertiefungen 8 ausgebildet und dann beschichtet. Wesentlich ist, dass die Be- schichtung 6 zusammenhängend ist, also auch die Flanken 4 beschichtet sind.

Die Nano Strukturen können in einem Abformverfahren vervielfältig werden, so dass eine kostengünstige Massenproduktion realisiert werden kann.

Hierzu wird auf die DE 102011101635 Al verwiesen. Weiter ist es möglich, ein Original, welches die oben beschriebenen Struktu- ren enthält, mit weiteren bekannten Strukturen, wie Reliefhologrammen, Mikrospiegel oder anderen bekannten Nanostrukturen, passergenau zusam- menzusetzen. Dafür eignen sich insbesondere N anoimprint-V erfahren. Es können auch transparente Bereiche innerhalb der oben beschriebenen Struk- tur, z.B. durch eine bereichsweise Laserdemetallisierung oder durch einen Waschfarbenprozess, realisiert werden.

Nachfolgend werden Beispiele für Nanostrukturen beschrieben. Diese sind durchgängig mit einer Metallschicht aus Aluminium mit einer Dicke von t = 40 nm überzogen. Die Metallschicht wurde durch Sputtern aufgebracht, um eine Bedeckung auch an den Flanken 4 zu gewährleisten. Die Nanostruktu- ren wurden ausgehend von einem Original in UV-Lack auf PET-Folien ko- piert. Der Brechungsindex des Lacks liegt bei n = 1,52. Es werden sowohl Na- no Strukturen mit Erhebungen 7 als auch Nanostrukturen mit Vertiefungen 8 untersucht. Die Profilform der Gitter ist annähernd quadratisch und orthogo- nal mit identischer Periode d. Sie realisiert also die Bauweisen der Figuren 4A und 4B mit der Anordnung der Figur 6. Tabelle 1 zeigt die Parameter der Nanostrukturen für die in den Figuren 9 und 10 wiedergegebenen Reflexi- onsspektren und Färb _Verläufe.

Tabelle 1: Parameter und Farbe der zweidimensional periodischen Nano- strukturen mit Reflexionsspektren und Farbwerten der Figuren 9 und 10.

Figur 10 zeigt dabei die Farbeigenschaften im CIE-1931-Farbraum. Hinsicht- lich der Berechnung dieser Farbeigenschaften wird wiederum auf die ge- nannte DE 102011101635 Al verwiesen. Zusätzlich zu den Farbpunkten der mit 1) bis 3) bezeichneten Nanostrukturen ist auch der Weißpunkt mit WP eingetragen. Außerdem ist ein Dreieck eingezeichnet, das den üblicherweise von Bildschirmen darstellbaren Farbraum begrenzt.

Weiter werden Strukturen mit Erhebungen untersucht. Die Parameter und Farben von beispielhaften Strukturen sind in Tabelle 2 zusammengefasst.

Tabelle 2: Parameter und Farbe von zweidimensional periodischen Nano- strukturen mit Reflexionsspektren und Farbwerten der Figuren 11 und 12.

Die Figuren 11 und 12 zeigen die grundsätzlich gleiche Gitterstruktur, jedoch nun mit Vertiefungen anstelle von Erhebungen. Für das Gitter 1) ergibt sich damit die Farbe Orange, für das Gitter 2) die Farbe Rot und für das Gitter 3) wiederum die Farbe Orange.

Die Figuren 13 und 14 zeigen den Farbverlauf für fünf weitere Gitter mit Vertiefungen, deren Parameter wie folgt lauten: Tabelle 3: Parameter von zweidimensional periodischen Nano Strukturen mit

Reflexionsspektren und Farbwerten der Figuren 13 und 14.

Die einzelnen Gitter gemäß Tabelle 3 haben also eine anwachsende Gitterpe- riode von 260 nm bis 417 nm. Die Höhe h ist in etwa konstant und die Dicke der Aluminiumbeschichtung beträgt t = 40 nm. Figur 13 zeigt den spektralen Reflexionsgrad dieser Nanogitter. Figur 14 zeigt die daraus ermittelten Farb- werte. Im Ergebnis können diese Nano Strukturen den Farbbereich Rot, Blau und Grün gut abdecken und eignen sich daher zur Herstellung von farbigen Bilder oder Motiven durch Farbmischung in einzelnen Pixel mit Hilfe von Sub-Pixel-Bereichen unterschiedlicher Basisfarben.

Bezugszeichenliste

1 Nano Struktur

2 Substrat

3 Flächenelement

4 Flanken

5 Grundfläche

6 Metallschicht

7 Erhebungen

8 Vertiefungen

9 Grundflächenelement

10 Deckkaschierung

d Periode

d Gitterperiode

n Brechungsindex

S Sicherheitselement

t Dicke der Metallschicht

w Ausdehnung

WP Weißpunkt

Claims

Patentansprüche

1. Sicherheitselement für ein Wertdokument, wobei das Sicherheitsele- ment (S) aufweist:

ein dielektrisches Substrat (2), in dem eine zweidimensional periodi- sche Nanostruktur (1) geformt ist, die eine Vielzahl von Grundflächenele- menten (9), die eine Grundebene (5) definieren, und demgegenüber angeho- benen oder abgesenkten Flächenelemente (3) aufweist,

wobei zwischen den Grundflächenelementen (9) und den Flächenele- mente (3) jeweils ein senkrecht zur Grundebene (5) gemessener Abstand be- steht und zwischen den Grundflächenelementen (9) und den Flächenelemen- ten (3) Verbindungsflanken ausgebildet sind,

wobei die Grundflächenelemente (9) und die Flächenelemente (3) je- weils mit einer metallischen oder hochbrechenden Schicht bedeckt sind, die dünner ist als der Abstand, und

die Grundflächenelemente (9) und die Flächenelemente (3) in der Na- nostruktur (1) in einem regelmäßigen Muster abwechselnd angeordnet sind und in zwei Richtungen, die parallel zur Grundebene (5) verlaufen, die zuge- ordnete Periode (d) der Anordnung der Flächenelemente (3) zwischen 100 nm und 450 nm beträgt,

dadurch gekennzeichnet, dass

auch die Verbindungsflanken mit der metallischen oder hochbrechenden

Schicht bedeckt sind, so dass diese durchgehend die Nanostruktur (1) be- deckt.

2. Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur (1) in ein Dielektrikum eingebettet ist.

3. Sicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (6) eine Dicke zwischen 20 nm und 250 nm, bevorzugt eine Dicke zwischen 25 nm und 150 nm, weiter bevorzugt eine einheitliche normale Dicke, hat.

4. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Verbindungsflanken gegenüber der Grundebene (5) in ei- nem Winkel zwischen 90 Grad und 70 Grad verlaufen.

5. Sicherheitselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanostruktur (1) im Querschnitt ein rechteckiges oder trapezförmiges Profil aufweist.

6. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass das regelmäßige Muster in Draufsicht auf die Grund- ebene (5) eine rechteckige oder hexagonale Grundform hat.

7. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Abstand zwischen 50 nm und 500 nm beträgt und zur Färb _Variation lateral variiert.

8. Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Perioden (d) und/ oder die Ausdehnung (w) der Flächenele- mente (3) zur Farbvariation lateral variieren.

9. Wertdokument mit einem Sicherheitselement (S) nach einem der obi- gen Ansprüche.

10. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements (S), wobei in einem dielektrischen Substrat eine zweidimensional periodische Nanostruktur (1) geformt wird, die eine Vielzahl von Grundflächenelemen- ten (9), die eine Grundebene (5) definieren, und demgegenüber angehobenen oder abgesenkten Flächenelemente (3) aufweist,

wobei die Grundflächenelemente (9) und die Flächenelemente (3) je- weils mit einer metallischen oder hochbrechenden Schicht (6) bedeckt wer- den, die dünner ist als der Abstand, und

die Grundflächenelemente (9) und die Flächenelemente (3) in der Na- nostruktur (1) in einem regelmäßigen Muster abwechselnd angeordnet wer- den und in zwei Richtungen, die parallel zur Grundebene (5) verlaufen, die zugeordnete Periode (d) der Anordnung der Flächenelemente (3) zwischen 100 nm und 450 nm beträgt,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

auch die Verbindungsflanken mit der Schicht (6) bedeckt wird, so dass diese durchgehend die Nanostruktur (1) bedeckt.

11. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherheitselement (S) nach einem der An- sprüche 1 bis 8 hergestellt wird.