安全元件和安全文件的制作方法
【專利說明】安全元件和安全文件
[0001 ] 本發(fā)明涉及安全元件以及具有安全元件的安全文件。
[0002]使紙幣裝備有水印或安全線是已知的。這些安全元件提供可在透射光中識別的安全特征。為了檢查這些安全特征,將紙幣布置在光源(例如,人造光源(諸如氖管或白熾燈泡)或自然光源(諸如舉例而言陽光))與觀察者之間,并且在此類透射光觀察中檢查紙幣的外觀。通過這種方式的觀察,由于安全文件在覆蓋有水印或安全線的區(qū)域中的透射率的改變,因而透過紙幣的光在紙幣的不同區(qū)域中不同地變?nèi)?,從而相?yīng)的對比作為安全特征變得對于人類觀察者而言是可識別的。
[0003]現(xiàn)在,本發(fā)明的目的是提供一種具有增加的防偽級別和/或更容易的可驗(yàn)證性的安全元件或安全文件。
[0004]該目的通過特別是多層柔性膜體的形式的安全元件來達(dá)成,該安全元件具有布置在該安全元件的第一區(qū)域中的一個或多個發(fā)光元件,該一個或多個發(fā)光元件在被激活時輻射光并且在每一情形中特別地由自發(fā)光電操作的顯示元件形成,其中該安全元件具有一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu),其中該一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu)被布置成使得由被激活的一個或多個發(fā)光元件輻射的光的至少一部分透過該透射性衍射結(jié)構(gòu)的至少一個部分區(qū)域。該目的進(jìn)一步通過用于生產(chǎn)安全元件、特別是價值文件(諸如紙幣、ID文件或卡)的方法來達(dá)成,在該方法中,提供具有一個或多個發(fā)光元件的第一部分元件,該一個或多個發(fā)光元件在被激活時輻射光并且在每一情形中特別地由自發(fā)光電操作的顯示元件形成;在該方法中,提供具有一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu)的第二部分元件;并且在該方法中,第一部分元件和第二部分元件相對于彼此布置成使得由被激活的一個或多個發(fā)光元件所輻射的光的至少一部分透過該透射性衍射結(jié)構(gòu)的至少一個部分區(qū)域。
[0005]此類安全元件是通過高級別的防偽、對安全特征的簡單和快速的可識別性、以及引人注目的光學(xué)外觀來表征的。
[0006]安全元件優(yōu)選具有在至少諸區(qū)域中透明的基板,并且在該基板中形成一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu)。基板優(yōu)選布置在一個或多個發(fā)光元件上方。
[0007]在此,透明基板指的是單層或多層體,該單層或多層體在第一區(qū)域中(至少在諸區(qū)域中)對于由一個或多個發(fā)光元件輻射的光而言是透明的,并且特別是至少在一個傾角下對于來自從460nm到660nm的波長范圍的至少一個波長而言具有超過20%、特別是超過50%的透射率。至少在一個傾角下,透射率在從460nm到660nm的波長范圍內(nèi)優(yōu)選大于50%、并且進(jìn)一步在從460nm到660nm的波長范圍的至少一半中優(yōu)選大于80%。該一個或多個發(fā)光元件在被激活時優(yōu)選輻射一種色彩的光、多種色彩的光或者白光。在此,這些發(fā)光元件可被分成實(shí)現(xiàn)真彩圖像的兩個或更多個發(fā)光元件群。具體地,這些發(fā)光元件群可被設(shè)計(jì)為有源矩陣(AM)或無源矩陣(PM)顯示器。因此,可以假設(shè):一個發(fā)光元件群在被激活時發(fā)射紅光,另一發(fā)光元件群在被激活時發(fā)射綠光,并且另一發(fā)光元件群在被激活時發(fā)射藍(lán)光,以及通過由不同群的發(fā)光元件發(fā)射的光的加色混合來生成相應(yīng)真彩圖像的相應(yīng)真彩。具體地,在發(fā)光元件的這種設(shè)計(jì)中,有利地是,透明基板在所使用的發(fā)光元件的整個波長范圍上具有超過20%、特別是超過50%的透射率,并且因此例如在從460nm到660nm的整個波長范圍上具有以上提及的透明度。如果該一個或多個發(fā)光元件僅發(fā)射有限波長范圍的光,則透明基板僅在此波長范圍內(nèi)、特別是在單色的波長范圍內(nèi)具有以上提及的透射率是可能的。
[0008]透射性衍射結(jié)構(gòu)優(yōu)選被設(shè)計(jì)成在安全元件被傾斜和/或旋轉(zhuǎn)時改變一個或多個發(fā)光元件的有色外觀、光譜組成、亮度對比、輻射角度的分布和/或光束成形。例如,零階透射光效果還可以與一階或更高階透射光效果相組合。
[0009]一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu)因此例如被設(shè)計(jì)成在一個或多個發(fā)光元件被激活時,第一區(qū)域的覆蓋有該一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu)的、與發(fā)光元件之一交疊地布置的部分區(qū)域在安全元件被傾斜和/或轉(zhuǎn)動時顯示人類觀察者可識別的色彩變化效果作為光學(xué)安全特征。
[0010]在此,透過一個或多個透明衍射結(jié)構(gòu)的部分區(qū)域指的是光透過覆蓋有一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu)的區(qū)域的至少一部分,并且由此透過透射性衍射結(jié)構(gòu)的至少一部分,以及在透射期間特別是相應(yīng)地受到該透射性衍射結(jié)構(gòu)的至少一部分的影響。
[0011]安全元件優(yōu)選具有在此部分區(qū)域中垂直地觀察時具有中性色彩和/或中性對比度的行為,并且在傾斜和/或轉(zhuǎn)動時顯示上述效果中的一個或多個效果。替換地,通過一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu)來生成相反的效果,即,使安全元件在傾斜或轉(zhuǎn)動的觀察中是中性色彩和/或中性對比度的并且在垂直觀察中顯示上述效果中的一個或多個效果也是可能的。
[0012]另一實(shí)施例提供透射性衍射結(jié)構(gòu)始終顯示上述效果中的一個或多個效果,但是傾斜觀察或轉(zhuǎn)動觀察中的效果不同于垂直觀察中的效果。
[0013]透射性衍射結(jié)構(gòu)優(yōu)選選自以下類別的透射性衍射結(jié)構(gòu)中的一個或多個:
[0014]第一類透射性衍射結(jié)構(gòu)具有作為衍射結(jié)構(gòu)的起伏結(jié)構(gòu),該起伏結(jié)構(gòu)優(yōu)選是由參數(shù)起伏形狀、起伏深度、光柵周期和方位角定義的光柵,其中該起伏結(jié)構(gòu)的起伏深度大于200nm、特別地大于300nm并且進(jìn)一步優(yōu)選大于400nm,和/或該起伏結(jié)構(gòu)的起伏深度小于1700nm、特別地小于1200nm、優(yōu)選小于lOOOnm。此外,起伏結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有500nm與1500nm之間、特別是600nm與1400nm之間的光柵周期。
[0015]起伏結(jié)構(gòu)優(yōu)選是在相應(yīng)起伏結(jié)構(gòu)的區(qū)域中關(guān)于參數(shù)起伏形狀、起伏深度、光柵周期和方位角為恒定的衍射光柵。然而,在其中提供起伏結(jié)構(gòu)的區(qū)域內(nèi)改變這些參數(shù)中的一個或多個參數(shù)也是可能的。
[0016]起伏結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件可以具有正弦形、三角形、矩形、對稱的或不對稱的起伏形狀。
[0017]在此,起伏結(jié)構(gòu)優(yōu)選被選擇成在從460nm到660nm的波長范圍內(nèi)或者至少在由一個或多個發(fā)光元件被激活時輻射的光的波長范圍內(nèi)以零階透過起伏結(jié)構(gòu)的光在很大程度上不改變其色譜,并且在起伏結(jié)構(gòu)的區(qū)域中以零階透過布置在一個或多個發(fā)光元件上方的安全元件的各個層的光的透射率大于30%、特別地大于50%。
[0018]在此,起伏結(jié)構(gòu)優(yōu)選被模制到透明基板的表面中,特別地被模制到安全元件的頂面的表面中。
[0019]此外,替換地,將透射性衍射結(jié)構(gòu)形成為模制在安全元件的兩個透明層之間的起伏結(jié)構(gòu)也是可能的。在此,這些層的折射率優(yōu)選相差至少0.1,并且特別優(yōu)選相差至少0.2。
[0020]此外,有利的是,這兩個透明層中的一個透明層是聚合物層、特別是復(fù)制漆層,并且這兩個透明層中的另一個透明層是多孔層,其中多孔層的孔特別地填充有空氣。多孔層可以是開孔或閉孔層。在此,該層的微孔性模制使得向該層提供小于1.3并且特別地與空氣的折射率接近的折射率成為可能。
[0021]在此,多孔層的層厚優(yōu)選在2 μπι與50 μπι之間、優(yōu)選在2 μm與20 μm之間。
[0022]根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例,這兩個透明層是選自以下各層的兩個不同層:聚合物層、特別是復(fù)制漆層;特別是具有50nm與300nm之間、特別是75nm與150nm之間、并且優(yōu)選75nm與125nm之間的層厚的HRI (HRI =高折射率)或LRI (LRI =低折射率)層;特別是具有范圍從2nm到20nm的層厚的金屬層。由透明的高度折射材料(諸如Ti02、ZnS、ZrO2S Si 3N4)構(gòu)成的層優(yōu)選被用作HRI層。MgF2S S12被優(yōu)選用作LRI層的低折射透明材料。
[0023]如果起伏結(jié)構(gòu)被模制到安全元件的頂面的表面中或者模制到透明層與上述多孔層之間的邊界表面中,則起伏深度優(yōu)選在900nm與1500nm之間、進(jìn)一步優(yōu)選在900nm與1200nm之間。在其他情形中,起伏深度優(yōu)選在300nm與700nm之間、進(jìn)一步優(yōu)選在400nm與700nm之間。
[0024]復(fù)制漆層優(yōu)選由熱塑性或UV可固化的漆層構(gòu)成。
[0025]如下形成第二類透射性衍射結(jié)構(gòu)的透射性衍射結(jié)構(gòu):該透射性衍射結(jié)構(gòu)是由多個元件形成的,其中這些元件在每一情形中具有基本上平行于底平面地布置的至少一個元件,這些元件關(guān)于平行于底平面延伸的至少一個第一方向相對于彼此偏移地布置,并且相鄰元件的元件表面在垂直于底平面的方向上根據(jù)取決于該至少一個第一方向的變分函數(shù)間隔開第一距離或者第一距離的倍數(shù)。該變分函數(shù)優(yōu)選是周期性函數(shù)。此外,在該變分函數(shù)的每一周期中,在該至少一個第一方向上彼此相繼布置的至少兩個元件的元件表面優(yōu)選彼此間隔開第一距離。在此,周期優(yōu)選被選擇成小于3 μ m、特別地小于2 μ m,并且大于750nm、特別地大于I μπι。每一周期優(yōu)選包括3到10個、特別是3到6個相繼的元件。第一距離優(yōu)選在50nm與500nm之間、特別在10nm與300nm之間。
[0026]已表明,借助此類結(jié)構(gòu),可以達(dá)成透過透射性衍射結(jié)構(gòu)的光的色譜的特別顯著的變化。在此,通過周期和變分函數(shù)來設(shè)置由透射性衍射結(jié)構(gòu)引起色譜變化的傾角范圍。通過參數(shù)第一距離和周期來確定由透射性衍射結(jié)構(gòu)引起一個或多個發(fā)光元件所輻射的光的色譜變化的光譜范圍。
[0027]在此,安全元件可以具有透明層,這些元件被嵌入到該透明層中。在此,這些元件本身是由不同于透明層的材料、特別是在折射率方面相差大于0.1的材料形成的。此外,使這些元件由安全元件的透明層的部分區(qū)域形成并且使元件表面形成該層的表面的至少一個部分區(qū)域以及由此定義在該層中形成的表面起伏也是可能的。
[0028]例如描述階梯形金字塔序列的對稱的階躍函數(shù)優(yōu)選被用作變分函數(shù)。然而,進(jìn)一步有利地,將在周期內(nèi)不對稱的函數(shù)用作變分函數(shù)。
[0029]第三類透射性衍射結(jié)構(gòu)由特定的零階衍射光柵形成,該零階衍射光柵由參數(shù)起伏形狀、起伏深度、光柵周期和方位角定義。這些零階衍射光柵的特征在于,它們首先是改變直接透射,即,零階透射。具體地,它們在安全元件被傾斜和/或轉(zhuǎn)動時改變直接透射光的色譜。這些衍射光柵特別是具有10nm與500nm之間、優(yōu)選300nm與500nm之間的起伏深度、以及250nm與700nm之間、優(yōu)選300nm與600nm之間的光柵周期。在此,衍射光柵的起伏結(jié)構(gòu)優(yōu)選模制在透明層與透明波導(dǎo)層、特別是HRI層(HRI =高折射率)之間。在此,HRI層的厚度通常在50nm與250nm之間、優(yōu)選在80nm與250nm之間、特別是在10nm與220nm之間。此HRI層要比通常用于反射中的衍射光柵的HRI厚度厚得多。厚度差大致為兩倍或三倍。HRI層充當(dāng)在其中衍射光柵使光輸入耦合并且再次輸出耦合的波導(dǎo)。衍射光柵的參數(shù)、HRI層的厚度、各種材料的折射率以及照明和方位角確定零階衍射光柵的諧振條件,并且由此確定所透射的色譜。零階衍射光柵有時也被稱作諧振光柵或引導(dǎo)模式諧振濾波器。
[0030]第四類透射性衍射結(jié)構(gòu)是由衍射光束成形結(jié)構(gòu)形成的。這些透射性衍射結(jié)構(gòu)優(yōu)選由體積全息圖、閃耀結(jié)構(gòu)、衍射透鏡或衍射透鏡陣列、特別是菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)或菲涅耳透鏡結(jié)構(gòu)陣列、或者具有類似透鏡的光束成形性質(zhì)的衍射結(jié)構(gòu)或衍射結(jié)構(gòu)陣列形成。在此,結(jié)構(gòu)陣列指的是根據(jù)一維或二維網(wǎng)格布置的多個結(jié)構(gòu)。
[0031]在此,安全元件優(yōu)選特別是通過如上所述的透射性衍射結(jié)構(gòu)的相應(yīng)設(shè)計(jì)來設(shè)計(jì),從而生成以下效果:如果一個或多個發(fā)光元件未被激活,則沒有基調(diào)圖案是可識別的。如果一個或多個發(fā)光元件或者一些發(fā)光元件被激活,則由它們發(fā)射的光在垂直觀察中對于人類觀察者而言是可見的,其中覆蓋有這一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu)的區(qū)域能夠可任選地具有比周圍區(qū)域略低的亮度。如果安全元件從垂直觀察方向傾斜特定的預(yù)定角度,則基調(diào)圖案變得可見,例如,相對于不那么明亮地發(fā)光的紅色背景的明亮地發(fā)光的“0K”。當(dāng)安全元件在該安全元件所橫跨的平面中旋轉(zhuǎn)時,對比度可能也進(jìn)一步改變,例如,背景可以看上去比基調(diào)圖案更亮。
[0032]每個發(fā)光元件優(yōu)選被指派給這些透射性衍射結(jié)構(gòu)之一,該透射性衍射結(jié)構(gòu)修改相應(yīng)發(fā)光元件的輻射特性。在發(fā)光元件形成像素化的發(fā)光表面和這些像素中的每個像素可被視為Lambertian輻射器的情況下,這是特別有利的。在此情形中,可以借助所指派的在空間上與像素相關(guān)的透射性衍射結(jié)構(gòu)來修改個體像素的輻射特性。
[0033]第一區(qū)域因此優(yōu)選具有優(yōu)選根據(jù)一維或二維網(wǎng)格布置的一個或區(qū)劃,其中發(fā)光元件之一布置在這些區(qū)劃中的每一個區(qū)劃中,并且至少一個透射性衍射結(jié)構(gòu)布置在這些區(qū)劃中的每一個區(qū)劃中。透射性衍射結(jié)構(gòu)因此可以在由多個發(fā)光元件形成的顯示器的表面上分布在一網(wǎng)格中,其中該網(wǎng)格與顯示器的像素網(wǎng)格相關(guān)。該顯示器可以是例如有源矩陣(AM)或無源矩陣(PM)顯示器。
[0034]安全元件優(yōu)選進(jìn)一步具有控制一個或多個發(fā)光元件的控制器件。該一個或多個發(fā)光元件可以因此形成例如單色或多色顯示器,例如可以形成RGB顯示器。在此,控制器件被優(yōu)選設(shè)計(jì)成控制一個或多個發(fā)光元件生成一個或多個不同的基調(diào)圖案,例如在每一情形中控制該一個或多個發(fā)光元件中的若干發(fā)光元件例如生成黃色的星形、綠色的正方形或者紅色的圓形。在此,控制器件可以控制一個或多個發(fā)光元件,以使得這些基調(diào)圖案同時出現(xiàn)或者彼此相繼地出現(xiàn)。由于根據(jù)其布置發(fā)光元件的網(wǎng)格或者顯示器的像素網(wǎng)格與諸區(qū)劃、特別是在每一情形中布置在區(qū)劃中的透射性衍射結(jié)構(gòu)的相關(guān)性(如上所述),可以為這一個或多個發(fā)光元件中不同的發(fā)光元件提供上述光可變效果中不同的光可變效果。
[0035]在此,透射性衍射結(jié)構(gòu)優(yōu)選由簡單的直線光柵形成。取決于直線光柵的光柵線的對準(zhǔn),輻射角在至少一個方向/平面中被改變。取決于衍射區(qū)域的分布光柵的位置和角度,可以實(shí)現(xiàn)輻射的不同的角度分布。在此,可以通過改變光柵線的對準(zhǔn)來產(chǎn)生類似透鏡的效果O
[0036]布置在這些區(qū)劃中的一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu)因此優(yōu)選包括具有基本上彼此平行地布置的多條光柵線的起伏結(jié)構(gòu),其中這些光柵線被設(shè)置在相應(yīng)區(qū)劃的中心區(qū)域中、優(yōu)選被設(shè)置在指派給該區(qū)劃的發(fā)光元件的輻射區(qū)域中,而不是設(shè)置在該區(qū)劃的邊緣區(qū)域中、尤其不是設(shè)置在其中所指派的發(fā)光元件不輻射光的區(qū)劃的區(qū)域中,或者反過來。
[0037]在此,光柵線在這些區(qū)劃的部分區(qū)域中的取向優(yōu)選被選擇成是不同的和/或被選擇成隨區(qū)劃而異。
[0038]通過透射性衍射結(jié)構(gòu)的這種設(shè)計(jì)和布置生成了例如不能由“普通的”透鏡模仿的有趣的類似透鏡的光束成形效果,由此可以提供附加的安全特征和/或可以進(jìn)一步改進(jìn)由安全元件提供的安全特征的可識別性。此外,光束成形透射性衍射結(jié)構(gòu)的深度要比具有折射動作的“普通”透鏡或者具有折射動作的微透鏡小得多,這是因?yàn)檫@些衍射結(jié)構(gòu)能夠被容易地集成到安全文件中的原因。
[0039]根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例示例,布置在這些區(qū)劃中的一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu)被模制為衍射透鏡、特別是菲涅耳透鏡的起伏結(jié)構(gòu)、或者圓形光柵。由此,改變發(fā)光元件的輻射特性并且特別是為布置在這些透射性衍射結(jié)構(gòu)上面的其他透射性衍射結(jié)構(gòu)優(yōu)化該輻射特性是可能的。
[0040]根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例示例,透射性衍射結(jié)構(gòu)不僅彼此緊鄰地布置,而且還關(guān)于與安全元件的背面所橫跨的平面垂直的方向依次堆疊。在此特別有利的是,光束成形衍射結(jié)構(gòu)(特別是上述第四類衍射結(jié)構(gòu)的透射性衍射結(jié)構(gòu))、以及生成效果的透射性衍射結(jié)構(gòu)(特別是第一、第二和/或第三類衍射結(jié)構(gòu))被布置成關(guān)于與安全元件的背面所橫跨的平面垂直的方向依次堆疊。
[0041]在上述實(shí)施例中,特別達(dá)成顯著地提高安全元件的防偽級別的優(yōu)點(diǎn)。因此例如使發(fā)光元件的間距和布置與一個或多個衍射結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性和布置對應(yīng)于彼此地匹配是必需的,以便達(dá)成期望的光學(xué)效果。在此,甚至在小偏差的情形中,對于人類觀察者而言也可以出現(xiàn)顯著偏離的觀察印象,從而偽造嘗試變得立即可識別。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例示例,形成一個或多個基調(diào)圖案的一個或多個圖案區(qū)域特別地覆蓋在具有一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu)的整個表面上。此外,優(yōu)選圍繞一個或多個圖案區(qū)域的背景區(qū)域不覆蓋有一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu)。一個或多個發(fā)光元件被設(shè)置在背景區(qū)域和圖案區(qū)域兩者中。透射性衍射結(jié)構(gòu)因此優(yōu)選僅覆蓋由一個或多個發(fā)光元件照明的區(qū)域的以一個或多個基調(diào)圖案的形式模制的一個圖案化部分區(qū)域。在第一觀察情況下,僅這些被照明表面的表面模制和/或著色對于觀察者而言作為安全特征是可見的。如果觀察者傾斜或者轉(zhuǎn)動安全元件,則背景區(qū)域與圖案區(qū)域之間的對比變得可見。
[0043]一個或多個透射性衍射結(jié)構(gòu)優(yōu)選被設(shè)計(jì)成在一個或多個發(fā)光元件被停用時不產(chǎn)生此效果,并且特別地產(chǎn)生逆效果,即,例如圖案區(qū)域并且由此一個或多個基調(diào)圖案在垂直觀察時是可識別的,以及圖案區(qū)域并且由此一個或多個基調(diào)圖案在傾斜或轉(zhuǎn)動時不再可見。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例示例,在第一區(qū)域中布置兩個或更多個不同的透射性衍射結(jié)構(gòu)。
[0045]在此,這些不同的透射性衍射結(jié)構(gòu)優(yōu)選被設(shè)計(jì)成在安全元件被傾斜和/或轉(zhuǎn)動時顯示不同的色彩變化和/或亮度變化效果,特別地關(guān)于生成色彩的傾角或者關(guān)于在特定傾角下生成的色彩值方面是不同的。在此,提供能夠被用于生成不同圖像的若干發(fā)光元件也是特別有利的。因此,例如使用在被激活時輻射不同基色的光的發(fā)光元件來提供發(fā)射紅光、綠光和藍(lán)光的元件是可能的。例如,由此可以生成三個不同圖像在三個不同角度下可見的效果,以及類似的效果。
[0046]通過與一個或多個發(fā)光元件在整個表面上或者在諸區(qū)域中的交疊布置相組合地使用兩個或更多個不同的透射性衍射結(jié)構(gòu),可以達(dá)成多個顯著的且令人驚訝的安全特征,