EP4484174A1 - Mikrostruktur mit optischen effekten - Google Patents

Mikrostruktur mit optischen effekten Download PDF

Info

Publication number
EP4484174A1
EP4484174A1 EP23182716.3A EP23182716A EP4484174A1 EP 4484174 A1 EP4484174 A1 EP 4484174A1 EP 23182716 A EP23182716 A EP 23182716A EP 4484174 A1 EP4484174 A1 EP 4484174A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
microstructure
line
rotation
axis
der
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP23182716.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Claude Leiner
Christian Sommer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Joanneum Research Forschungs GmbH
Original Assignee
Joanneum Research Forschungs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Joanneum Research Forschungs GmbH filed Critical Joanneum Research Forschungs GmbH
Priority to EP23182716.3A priority Critical patent/EP4484174A1/de
Priority to PCT/EP2024/068040 priority patent/WO2025003285A1/de
Publication of EP4484174A1 publication Critical patent/EP4484174A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42D—BOOKS; BOOK COVERS; LOOSE LEAVES; PRINTED MATTER CHARACTERISED BY IDENTIFICATION OR SECURITY FEATURES; PRINTED MATTER OF SPECIAL FORMAT OR STYLE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DEVICES FOR USE THEREWITH AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; MOVABLE-STRIP WRITING OR READING APPARATUS
    • B42D25/00—Information-bearing cards or sheet-like structures characterised by identification or security features; Manufacture thereof
    • B42D25/30—Identification or security features, e.g. for preventing forgery
    • B42D25/324—Reliefs

Definitions

  • the present invention relates to a microstructure with optical effects, a method for producing a microstructure, an optical element with the microstructure and the use of the optical element.
  • a security element for value documents with an optically variable structure which has a first embossed structure made up of first embossed elements.
  • the embossed structure is designed in such a way that at least partial areas of the coating are visible when viewed from a first viewing angle range and are at least partially concealed when viewed from a second viewing angle range.
  • a first tilting effect is created.
  • the structure has a second embossed structure, which is arranged within the first embossed structure and produces a second tilting effect in addition to the first tilting effect.
  • WO 2013/045056 A1 discloses a security element with an optically variable structure which contains a raised embossed element preferably in the form of a cone or a spherical segment.
  • the embossed element has a partial cutout preferably in the form of an arcuate partial segment, wherein the remaining cone residue or spherical segment residue forms an embossed element which, depending on the viewing angle, exhibits desired optical effects such as tilting effects.
  • the task was solved by providing a microstructure with a circular base, whereby circular sectors of different structure have optically effective surfaces.
  • the present invention enables the encoding of a large number of different images in surfaces of microstructures.
  • the microstructures can be used to produce optical elements that create movement effects and/or 3D effects of the motif when tilted and rotated.
  • the optical elements can be used as a security element on valuable documents or as a decorative element.
  • the optical security features on valuable documents can be easily checked without any tools and are difficult to copy.
  • the microstructure according to the invention is a three-dimensional structure, i.e. a microbody.
  • the microstructure according to the invention can be referred to simply as “the microstructure”.
  • the straight base line can be referred to as “the base line” and the top line non-parallel to the base line can be referred to as "the top line”.
  • the microstructure preferably has dimensions below the millimeter range, i.e. in the micrometer range and below.
  • the length and width or diameter is 10 ⁇ m to 2000 ⁇ m, preferably 20 ⁇ m to less than 1000 ⁇ m.
  • the height can be 1 ⁇ m to 2000 ⁇ m, preferably less than 1000 ⁇ m.
  • the microstructures can be designed to be tactilely detectable.
  • the microstructure is very flat with a microstructure height of 1 ⁇ m to 50 ⁇ m (cf. embodiments 2 to 4).
  • a shape with a length and width or diameter of 50 ⁇ m to less than 1000 ⁇ m and a height of 1 to 20 ⁇ m is preferred.
  • the height of the profile is preferably 1 to 50 ⁇ m, more preferably 1 to 20 ⁇ m.
  • the height of the microstructure refers to the distance between the baseline and the highest peak of the profile viewed in the rotation axis direction, while the height of the profile refers to the distance between the lowest trough and the highest peak of the profile viewed in the rotation axis direction.
  • the microstructure according to the invention has substructures that differ from one another in their shape, each of these substructures being able to be represented by the method defined herein, which can also be referred to as a rotation method.
  • the microstructure contains at least two such substructures.
  • Each of these substructures is a partial rotational body and a circular sector in plan view.
  • the other structures of the microstructure can be structures that cannot be represented by the rotation method. If all substructures of the microstructure can be represented by the rotation method, the microstructure as a whole is a rotational body.
  • the partial structure is defined by the expression that it "can be represented by a method which comprises the step in which a surface element which has a straight base line and an upper side line which is not parallel to the base line is rotated about an axis of rotation which is perpendicular to the base line in the plane of the surface element, whereby a circular sector is formed from the base line and the optically effective surface is formed from the upper side line.”
  • the shape of the partial structure is clearly defined by the representation method.
  • a partial structure is a section of a solid body, so that the base area of the partial structure has the shape of a circular sector made up of two circular radii and a circular arc, wherein in the partial structure each cutout area is perpendicular to the base area and the line of intersection of each cutout area with the base area represents a base line which is a circular radius of the circular sector, and wherein the cutout area has an upper line which is non-parallel to the base line and which is a profile line of the profile of the optically effective surface.”
  • the cutout areas correspond to the cut areas when cutting out a piece of cake from a cake.
  • the microstructure has optically effective surfaces.
  • the prerequisite for optical effectiveness is visibility by the observer.
  • An optical surface can be visible when viewed from a first viewing angle and hidden when viewed from a second viewing angle.
  • Optically effective surfaces are those that are visible at least from one viewing angle.
  • the simplest optically effective surface has no coating and consists of the material of the microstructure.
  • the microstructure can contain a polymer whose surface reflects light and is therefore optically effective.
  • optical effectiveness can also be given or changed by coating the surface.
  • the optically effective surfaces on the microstructure result in optical effects when rotated and tilted, i.e. at different viewing angles ( ⁇ , ⁇ ).
  • ⁇ denotes a horizontal angle on the circular surface that is created by rotating the base line around the axis of rotation
  • ⁇ denotes a vertical angle in relation to this circular surface.
  • Rotating the microstructure changes the viewing angle ⁇ , and tilting or inclining changes the viewing angle ⁇ .
  • the orientation of the top line with respect to the base line is also referred to as the angle ⁇ .
  • the spatial orientation of the unit consisting of surface element and rotation axis is of course not restricted. However, for the sake of clarity, the following spatial orientation is assumed here:
  • the rotation axis and the surface element are vertical, which defines "top” and “bottom”, with the base line being the lower side and the upper line part of the upper side of the surface element; and the rotation takes place in a horizontal direction, so that the base line becomes a horizontal circular sector.
  • the three-dimensional basic shape of the microstructure is not restricted and is, for example, a tetrahedron, sphere segment, truncated pyramid, cone, truncated cone, cylinder segment or a pyramid, or it can be composed of parts of the basic shapes mentioned.
  • the base area of the microstructure is not restricted to a circular shape.
  • the base area of the microstructure can consist of circular sector-shaped Partial structures and structures of a different geometry can be composed.
  • the method for representing the microstructure can also include, for example, cutting out part of the microstructure, whereby a non-circular base area, e.g. a square, is formed from the circular base area.
  • the circular base area can also be part of the total base area of the microstructure, whereby the other part can be designed in any way so that a non-circular base area is obtained overall. Rectangular or square total base areas enable the microstructures to be arranged next to one another over the entire surface.
  • the microstructure according to the invention enables a number of different images to be encoded directly into the optically effective surfaces. This results in optical features that are visible at specific viewing angles relative to the surface and relative to the light source. By carefully selecting the images, a sequence of images can be generated that creates movement effects of the motif when the surface is tilted and/or rotated, similar to a film.
  • a partial structure can be represented by rotating a surface element that has a base line and a top line that is not parallel to the base line around a rotation axis.
  • Non-parallel means that a line is curved or that a straight line is perpendicular or is inclined upwards or downwards towards the rotation axis.
  • the top line is a line that connects the base line to the rotation axis. This line is straight, so that the surface element is a right-angled triangle, or curved.
  • the non-parallel top line creates an optically active surface.
  • the surface element used in the rotation process corresponds to the cutout surface described above.
  • the top side can have any number of lines that are independently non-parallel to the base line. In addition, it can have any number of parallel lines.
  • a top side with several different lines is referred to herein as a profile.
  • a profile can consist of several profile lines that are straight or curved and/or differ from one another in their length and/or their angle or orientation to the base line and thus also to the axis of rotation.
  • the profile can also be a combination of straight and curved profile lines, so that a profile has high points and low points that are connected by straight and/or curved profile lines.
  • the high points can lie on one or on different straight lines perpendicular to the axis of rotation. The same applies to the low points. It is preferred that all high points lie on one first straight line and all low points lie on a second straight line parallel to the first straight line.
  • the second straight line can lie on the baseline.
  • the height of the surface element i.e. the distance between the base line and the profile
  • the distance between the base line and the lowest point of the profile is small, e.g. 50 nm to 1 ⁇ m, or even zero.
  • An example of a top side is sawtooth-like, whereby in embodiments the individual sawteeth lie on the base line and do not touch each other or only touch each other at one point.
  • the structure of the top of the surface element can be selected depending on the desired intensity values of the optically effective surfaces.
  • the relative intensity values of the individual substructures and microstructures from the respective ⁇ , ⁇ viewing angles can be calculated.
  • the base area of a circular microstructure can be divided into ⁇ sectors, i.e. circular sector-shaped base areas of the substructures.
  • Each sector of each microstructure is assigned an intensity value between 0 and maximum intensity depending on the previously calculated intensity values of the microstructure in the image of the optical element to be encoded.
  • Suitable surface elements are calculated according to these intensity values of the sectors and the substructures of the microstructure are then displayed from them. These substructures are then put together and thus form the shape of the microstructure.
  • a _ ref / A _ ges I _ sector / I _ max
  • a _ aus A _ ges ⁇ A _ ref
  • the high number of optical effects of the microstructure results from the combination of sectors and the profiles of the sectors.
  • the optical element ( Figure 7 ) contains a large number of microstructures according to the invention which are arranged on a carrier and represent the pixels of the motif of the optical element.
  • the optical element can be, for example, a security feature on a valuable document.
  • Any carrier can be used, for example paper or a film.
  • Materials for the film can be plastics, in particular PC (polycarbonate), PMMA (polymethyl methacrylate), PET (polyethylene terephthalate), PBT (polybutylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PP (polypropylene), PA (polyamide) or PE (polyethylene) or biaxially oriented polypropylene (BOPP).
  • the film can be translucent.
  • the entire surface of the optical element is divided into individual microstructures with any base area (e.g. square, rectangular, hexagonal or generally a combination thereof), whereby geometries that cover the entire surface when arranged next to one another are preferred.
  • any base area e.g. square, rectangular, hexagonal or generally a combination thereof
  • the base area of the microstructures is divided into sectors ( Figures 1A and 1B ).
  • the area of the images to be coded is also divided into the same microstructures, whereby the relative intensity values of the individual microstructures of the images are calculated
  • the approach according to the invention enables the coding of any number of different images directly into the structures of the surface of the optical security features, which become visible at specific viewing angles relative to the surface and relative to the light source.
  • an image sequence can be generated in this way, which, similar to a film, creates movement effects of the motif when the surface is tilted and/or rotated.
  • the number of images is basically arbitrary, but the maximum intensity and the distinguishability of the images decrease with increasing number depending on the light source under which the images are viewed, with strongly parallelized light such as sunlight having a allows for greater differentiation and more diffuse light such as ambient light allows for less differentiation. Therefore, depending on the task and the subject, there is a practical maximum number of images.
  • microstructures can be obtained by using suitable inserts that contain the negative of the surface relief of the microstructure.
  • the embossing tool has the negative of the surface relief of the microstructure and can be produced by known methods such as photolithography, electron beam lithography or laser beam lithography.
  • a reflective or reflection-increasing coating in particular a metallic or high-refractive coating, can be formed on the optically effective surfaces, at least in some areas.
  • This can be a metallic coating that is vapor-deposited, for example, to a thickness of 50 nm.
  • aluminum, gold, silver, copper, palladium, chromium, nickel and/or tungsten and their alloys can be used as the coating material.
  • the reflective or reflection-increasing coating can be formed by a coating with a material with a high refractive index.
  • the optically effective surfaces of the microstructures can be metallized after embossing and hardening of an embossing lacquer on a carrier film. In order to prevent the security feature from being copied by molding the structures, it is possible to seal the coated structures with another polymer. Another layer of lacquer can also be applied as a protective lacquer or adhesive lacquer.
  • Embodiments 3 and 4 may be preferred because they allow more degrees of freedom.
  • a structural angle ⁇ 1 is calculated according to the desired ⁇ viewing direction, so that incoming rays from a light source are reflected by the optically effective surfaces (2) in the direction of the ⁇ viewing angle.
  • a line (3) parallel to the baseline is used for surface areas that are to block the light.
  • a disadvantage of this embodiment compared to the particularly preferred embodiments is that the blocked light is not controlled, which can lead to interference images near the desired ⁇ viewing direction, which can also disturb the image sequence of the subject when rotating or tilting.
  • the desired ⁇ viewing direction, the maximum height of the structures and the base area of the pixels cannot be selected independently of one another. Only two of these parameters can be freely selected, while the third parameter results from the other two parameters.
  • An advantage of this embodiment is that the blocked light is used to generate another image (negative image of the coded image) under a different ⁇ viewing direction.
  • flat sections remain that can lead to noise images.
  • a disadvantage is that the desired ⁇ viewing direction, the maximum height of the structures and the base area of the microstructure cannot be selected independently of each other. Only two of these parameters can be freely selected, while the third parameter results from the other two parameters. Manufactured microstructures can be measured using a Keyence laser scanning microscope.
  • a structure angle ⁇ 2 45° is chosen for the masking surfaces and their subdivisions.
  • the combination of two surfaces that are perpendicular to each other enables an effect like that of a retroreflective structure that reflects incident light back in the direction of the source. This means that the portion of the light that is to be masked is reflected in a direction different from the viewing direction and no undesirable negative images are created.

Landscapes

  • Prostheses (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

Eine Mikrostruktur mit Teilstrukturen, die einander in ihrer Form unterscheiden, wobei jede der Teilstrukturen eine optisch wirksame Oberfläche aufweist und durch ein Verfahren darstellbar ist, welches den Schritt umfasst, bei dem ein Flächenelement, das eine gerade Grundlinie und eine zu der Grundlinie nicht-parallele oberseitige Linie aufweist, um eine Rotationsachse, die in der Ebene des Flächenelements senkrecht auf der Grundlinie steht, gedreht wird, wodurch aus der Grundlinie ein Kreissektor und aus der oberseitigen Linie die optisch wirksame Oberfläche gebildet werden; ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrostruktur; ein die Mikrostruktur tragendes optisches Element; die Verwendung des optischen Elements.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrostruktur mit optischen Effekten, ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrostruktur, ein optisches Element mit der Mikrostruktur und die Verwendung des optischen Elements.
    • Stand der Technik
  • Aus WO 2009/013000 A2 ist ein Sicherheitselement für Wertdokumente mit einer optisch variablen Struktur bekannt, die eine erste Prägestruktur aus ersten Prägeelementen aufweist. Die Prägestruktur ist so ausgestaltet, dass wenigstens Teilbereiche der Beschichtung bei Betrachtung aus einem ersten Betrachtungswinkelbereich sichtbar sind und bei Betrachtung unter einem zweiten Betrachtungswinkelbereich zumindest teilweise verdeckt werden. Bei einem Kippen des Sicherheitselementes um eine erste Achse entsteht somit ein erster Kippeffekt. Die Struktur weist eine zweite Prägestruktur auf, die innerhalb der ersten Prägestruktur angeordnet ist und zusätzlich zu dem ersten Kippeffekt einen zweiten Kippeffekt erzeugt.
  • WO 2013/045056 A1 offenbart ein Sicherheitselement mit einer optisch variablen Struktur, die ein erhabenes Prägeelement vorzugsweise in der Form eines Kegels oder eines Kugelabschnitts enthält. Das Prägeelement weist einen partiellen Ausschnitt vorzugsweise in der Form eines bogenförmigen Teilsegments auf, wobei der verbleibende Kegelrest oder Kugelabschnittrest ein Prägeelement bildet, das in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel gewünschte optische Effekte wie Kippeffekte zeigt.
    • Durch die Erfindung zu lösende Aufgaben
  • Der Stand der Technik offenbart jedoch keine Strukturen, die hohe Variabilität bei der Kodierung von optischen Effekten in Oberflächen von Mikrostrukturen zeigen und auf einfache Weise hergestellt werden können.
  • Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, optisch variable Strukturen mit einer hohen Anzahl an erzielbaren optischen Effekten beim Drehen und Neigen bereitzustellen.
    • Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe wurde durch Bereitstellen einer Mikrostruktur mit kreisförmiger Grundfläche gelöst, wobei Kreissektoren unterschiedlicher Struktur optisch wirksame Oberflächen aufweisen.
  • Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere folgende Aspekte:
    • [1] Mikrostruktur mit Teilstrukturen, die einander in ihrer Form unterscheiden, wobei jede der Teilstrukturen eine optisch wirksame Oberfläche aufweist und durch ein Verfahren darstellbar ist, welches den Schritt umfasst, bei dem ein Flächenelement, das eine gerade Grundlinie und eine zu der Grundlinie nicht-parallele oberseitige Linie aufweist, um eine Rotationsachse, die in der Ebene des Flächenelements senkrecht auf der Grundlinie steht, gedreht wird, wodurch aus der Grundlinie ein Kreissektor und aus der oberseitigen Linie die optisch wirksame Oberfläche gebildet werden.
      • [1-1] Mikrostruktur nach Aspekt [1], wobei die Mikrostruktur eine Höhe von weniger als 100 µm, vorzugsweise weniger als 20 µm, noch bevorzugter weniger als 10 µm aufweist.
      • [1-2] Mikrostruktur nach einem der vorstehenden Aspekte, bestehend aus (i) Teilstrukturen, die durch das genannte Verfahren darstellbar sind, oder (ii) Teilstrukturen, die durch das genannte Verfahren darstellbar sind, sowie Strukturen, die nicht durch das genannte Verfahren darstellbar sind.
      • [1-3] Mikrostruktur nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei die Teilstrukturen, die nach dem genannten Verfahren darstellbar sind, einander in ihrer Form dahingehend unterscheiden, dass sie einander in dem Winkel der oberseitigen Linie zu der Grundlinie, der Krümmung der oberseitigen Linie, der Anzahl der oberseitigen Linien, dem Abstand der oberseitigen Linie von der Grundlinie und/oder dem Radius des Kreissektors unterscheiden.
      • [1-4] Mikrostruktur nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei die oberseitige Linie (i) eine einzelne Linie darstellt, die gerade oder gekrümmt sein kann, oder (ii) eine Profillinie eines Profils ist, das aus mehreren unabhängig voneinander ausgewählten Profillinien zusammengesetzt ist.
      • [1-5] Mikrostruktur nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei die optisch wirksame Oberfläche eine lichtreflektierende Oberfläche ist.
      • [1-6] Mikrostruktur nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei die Rotationsachse auf dem Mittelpunkt oder auf einem Endpunkt der Grundlinie steht.
      • [1-7] Mikrostruktur nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei das Verfahren einen Schritt umfasst, bei dem aus dem Kreissektor ein Teil ausgeschnitten wird, so dass ein Kreissegment entsteht.
    • [2] Mikrostruktur nach Aspekt [1], wobei alle Teilstrukturen der Mikrostruktur durch das genannte Verfahren darstellbar sind, wobei um dieselbe Rotationsachse gedreht wird, wodurch die Grundlinien der Teilstrukturen zusammen eine kreisförmige Grundfläche der Mikrostruktur ergeben.
    • [3] Mikrostruktur nach einem der vorstehenden Aspekte, insbesondere nach Aspekt [2], wobei das Verfahren das Ausschneiden eines Teils der Mikrostruktur umfasst, wodurch aus der Grundfläche der Mikrostruktur eine andere als eine kreisförmige Grundfläche gebildet wird.
      • [3-1] Mikrostruktur nach Aspekt [3], wobei die durch das Ausschneiden gebildete Grundfläche eine eckige Struktur ist, beispielsweise ein Quadrat oder Sechseck.
      • [3-2] Mikrostruktur nach Aspekt [3] oder [3-1], wobei die Rotationsachse der Mittelpunkt der Struktur ist.
      • [3-3] Mikrostruktur nach einem der Aspekte [3] bis [3-2], wobei durch das Ausschneiden senkrecht auf der Grundfläche stehende Schnittflächen entstehen.
    • [4] Mikrostruktur nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei die oberseitige Linie des Flächenelements eine erste Linie ist und das Flächenelement eine zweite oberseitige Linie aufweist, wobei die erste Linie zu der Rotationsachse hin nach oben geneigt ist und die zweite Linie sich von der zweiten Linie in der Neigung zu der Rotationsachse hin unterscheidet.
      • [4-1] Mikrostruktur nach Aspekt [4], wobei die erste Linie von der Rotationsachse weiter als die zweite Linie entfernt ist.
      • [4-2] Mikrostruktur nach Aspekt [4] oder [4-1], wobei der Endpunkt der ersten Linie den Endpunkt der zweiten Linie berührt.
    • [5] Mikrostruktur nach Aspekt [4], wobei die erste Linie und die zweite Linie Profillinien eines oberseitigen Profils mit mehreren Höhepunkten und Tiefpunkten sind.
      • [5-1] Mikrostruktur nach Aspekt [5], wobei die Höhe des Profils 1 bis 50 µm ist.
      • [5-2] Mikrostruktur nach Aspekt [5] oder [5-1], wobei mindestens einer der Tiefpunkte auf der Grundlinie liegt.
    • [6] Mikrostruktur nach Aspekt [5], wobei das Profil mehrere erste Profillinien und mehrere zweite Profillinien aufweist, wobei die ersten Profillinien den gleichen oder unterschiedliche Neigungswinkel zu der Rotationsachse und die zweiten Profillinien den gleichen oder unterschiedliche Neigungswinkel zu der Rotationsachse einnehmen und wobei erste und zweite Profillinien einander abwechseln und vorzugsweise unmittelbar aufeinander folgend angeordnet sind.
      • [6-1] Mikrostruktur nach Aspekt [6], wobei die Neigungswinkel der ersten Profillinien gleich sind und die Neigungswinkel der zweiten Profillinien gleich sind.
      • [6-2] Mikrostruktur nach Aspekt [6] oder [6-1], wobei die ersten und zweiten Profillinien gerade sind.
      • [6-3] Mikrostruktur nach einem der Aspekte [6] bis [6-2], wobei die oberen Endpunkte der ersten und zweiten Profillinien die Höhepunkte des Profils und die unteren Endpunkte der ersten und zweiten Profillinien die Tiefpunkte des Profils darstellen.
      • [6-4] Mikrostruktur nach einem der Aspekte [6] bis [6-3], wobei die ersten und zweiten Profillinien ein sägezahnartiges Profil bilden.
      • [6-5] Mikrostruktur nach einem der Aspekte [6] bis [6-4], wobei die Rotationsachse senkrecht auf einem Endpunkt der Grundline steht und das Profil sich von dem anderen Endpunkt der Grundlinie zu einem Punkt der Rotationsachse erstreckt.
    • [7] Mikrostruktur nach Aspekt [6], wobei die Höhepunkte von mehreren der Profillinien auf einer Geraden senkrecht zu der Rotationsachse liegen und/oder die Tiefpunkte der Profillinien auf einer Geraden senkrecht zu der Rotationsachse liegen.
      • [7-1] Mikrostruktur nach Aspekt [7], wobei alle Höhepunkte der Profillinien auf einer Geraden senkrecht zu der Rotationsachse liegen.
      • [7-2] Mikrostruktur nach Aspekt [7] oder [7-1], wobei die Gerade, auf der die Tiefpunkte liegen, die Grundlinie des Flächenelements ist.
    • [8] Mikrostruktur nach einem der vorstehenden Aspekte, die eine geprägte und gehärtete Polymerstruktur ist oder enthält.
      • [8-1] Mikrostruktur nach Aspekt [8], wobei die optisch wirksame Oberfläche eine Oberfläche der Polymerstruktur ist.
    • [9] Mikrostruktur nach einem der vorstehenden Aspekte, wobei die optisch wirksame Oberfläche die Oberfläche einer Beschichtung einer geprägten und gehärteten Polymerstruktur ist.
      • [9-1] Mikrostruktur nach Aspekt [9], wobei die Beschichtung eine optisch wirksame Beschichtung umfasst, beispielsweise eine farbige oder reflektierende metallhaltige Beschichtung.
      • [9-2] Mikrostruktur nach Aspekt [9] oder [9-1], wobei die Beschichtung eine Schutzschicht umfasst.
      • [9-3] Mikrostruktur nach einem der Aspekte [9] bis [9-2], wobei die Beschichtung eine optisch wirksame Beschichtung und eine darauf aufgetragene Schutzschicht umfasst.
    • [10] Verfahren zum Herstellen einer Mikrostruktur, welches folgende Schritte umfasst:
      1. (i) Herstellen einer Teilstrukturdarstellung durch ein Verfahren, welches den Schritt umfasst, bei dem ein Flächenelement, das eine gerade Grundlinie und eine zu der Grundlinie nicht-parallele oberseitige Linie aufweist, um eine Rotationsachse, die in der Ebene des Flächenelements senkrecht auf der Grundlinie steht, gedreht wird, wodurch aus der Grundlinie ein Kreissektor und aus der oberseitigen Linie die optisch wirksame Oberfläche gebildet werden;
      2. (ii) Herstellen einer Mikrostrukturdarstellung, welche die gemäß Schritt (i) erhaltene Teilstrukturdarstellung und mindestes eine davon in ihrer Form verschiedene Teilstrukturdarstellung umfasst; und
      3. (iii) Herstellen der Mikrostruktur auf der Grundlage der in Schritt (ii) erhaltenen Mikrostrukturdarstellung.
      • [10-1] Verfahren nach Aspekt [10], wobei in Schritt (iii) eine Mikrostruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wird.
    • [11] Verfahren nach Aspekt [10], wobei Schritt (iii) folgende Schritte umfasst:
      • (iii-1) Herstellen eines Prägewerkzeugs als Negativ der in Schritt (ii) erhaltenen Mikrostrukturdarstellung;
      • (iii-2) Drücken des in Schritt (iii-1) erhaltenen Prägewerkzeugs auf ein nicht ausgehärtetes Substrat unter Bildung eines geprägten Substrats; und
      • (iii-3) Härten des in Schritt (iii-2) erhaltenen geprägten Substrats unter Bildung der Mikrostruktur.
      • [11-1] Verfahren nach Aspekt [11], wobei das Verfahren ein Nanoprägelithographieverfahren ist.
      • [11-2] Verfahren nach Aspekt [11] oder [11-1], wobei das Verfahren ein Rolle-zu-Rolle-Prägen einer Vielzahl der Mikrostrukturen umfasst.
    • [12] Verfahren nach Aspekt [10] oder [11], welches das Auftragen einer Beschichtung auf die optisch wirksame Oberfläche umfasst.
    • [13] Mikrostruktur, erhältlich gemäß einem Verfahren nach einem der Aspekte [10] bis [12].
    • [14] Optisches Element mit einem Träger und einer Vielzahl von auf dem Träger angeordneten Mikrostrukturen nach einem der Aspekte [1] bis [9] oder [13].
      • [14-1] Optisches Element nach Aspekt [14], wobei der Träger eine Polymerfolie ist.
    • [15] Verwendung eines optischen Elements nach Aspekt [14] oder [14-1] als Sicherheitselement auf Wertdokumenten oder Dekorationselement.
    Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Kodierung einer hohen Anzahl an verschiedenen Bildern in Oberflächen von Mikrostrukturen.
  • Mit den Mikrostrukturen können optische Elemente hergestellt werden, die beim Kippen und Drehen Bewegungseffekte und/oder 3D-Effekte des Motivs erzeugen.
  • Die optischen Elemente können als Sicherheitselement auf Wertdokumenten oder Dekorationselement verwendet werden. Die optischen Sicherheitsmerkmale auf Wertdokumenten können leicht ohne Hilfsmittel überprüft werden und sind schwer zu kopieren.
    • Beschreibung der Figuren
  • In den Figuren gibt der mit H_max bezeichnete Pfeil die Höhe der Mikrostruktur an und stellt in einigen Ausführungsformen gleichzeitig die Rotationsachse dar. Alpha1 und Alpha2 bzw. α1 und α2 geben Neigungswinkel von Profillinien des Flächenelements an. H_facet bezeichnet die Höhe einer Profillinie über der Grundlinie. L_max-Sector bezeichnet die Länge der Grundlinie eines Flächenelements oder eines Teils davon. Wenn L_max-Sector die Gesamtlänge der Grundlinie bezeichnet, gibt sie den Radius des Kreissektors der Teilstruktur an.
    • Figuren 1A und 1B zeigen Beispiele für äquidistante ϕ-Winkel-Sektorisierung von quadratischen Pixeln in 4 (Figur 1A) und 8 Bilder (Figur 1B).
    • Figure 2A bis 2C zeigen Flächenelemente zur Darstellung erfindungsgemäßer Mikrostrukturen gemäß Ausführungsform 1.
    • Figuren 3A bis 3C zeigen Flächenelemente zur Darstellung erfindungsgemäßer Mikrostrukturen gemäß Ausführungsform 2.
    • Figuren 4A bis 4C zeigen Flächenelemente zur Darstellung erfindungsgemäßer Mikrostrukturen gemäß Ausführungsform 3.
    • Figuren 5A bis 5C zeigen Flächenelemente zur Darstellung erfindungsgemäßer Mikrostrukturen gemäß Ausführungsform 4.
    • Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Mikrostruktur in Draufsicht.
    • Figur 7 zeigt ein Beispiel ein erfindungsgemäßes optisches Element mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Mikrostrukturen.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Bei der erfindungsgemäßen Mikrostruktur handelt es sich um eine dreidimensionale Struktur, also einen Mikrokörper. Nachfolgend kann die erfindungsgemäße Mikrostruktur einfach als "die Mikrostruktur" bezeichnet werden. Die gerade Grundlinie kann als "die Grundlinie" und die zu der Grundlinie nicht-parallele oberseitige Linie als "die oberseitige Linie" bezeichnet werden.
  • Die Mikrostruktur weist vorzugsweise Ausmaße unter dem Millimeterbereich, also im Mikrometerbereich und darunter auf. Die Länge und Breite bzw. der Durchmesser 10 µm bis 2000 µm, vorzugsweise 20 µm bis unter 1000 µm sein. Die Höhe kann 1 µm bis 2000 µm, vorzugsweise unter 1000 µm sein. Somit können in Ausführungsformen die Mikrostrukturen taktil erfassbar ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist die Mikrostruktur jedoch mit einer Höhe der Mikrostruktur von 1 µm bis 50 µm sehr flach (vgl. Ausführungsformen 2 bis 4). Bevorzugt ist eine Form mit einer Länge und Breite bzw. einem Durchmesser von 50 µm bis weniger als 1000 µm und einer Höhe von 1 bis 20 µm. Die Höhe des Profils ist vorzugsweise 1 bis 50 µm, stärker bevorzugt 1 bis 20 µm. Hierin bezieht sich die Höhe der Mikrostruktur auf den in Rotationsachsenrichtung betrachteten Abstand zwischen der Grundlinie und dem höchsten Höhepunkt des Profils, während sich die Höhe des Profils auf den in Rotationsachsenrichtung betrachteten Abstand zwischen dem tiefsten Tiefpunkt und dem höchsten Höhepunkt des Profils bezieht.
  • Die erfindungsgemäße Mikrostruktur weist Teilstrukturen auf, die einander in ihrer Form unterscheiden, wobei jede dieser Teilstrukturen durch das hierin definierte Verfahren darstellbar ist, das auch als Rotationsverfahren bezeichnet werden kann. Das heißt, die Mikrostruktur enthält mindestens zwei solcher Teilstrukturen. Jede dieser Teilstrukturen ist ein Teilrotationskörper und in der Draufsicht ein Kreissektor. Die anderen Strukturen der Mikrostruktur können Strukturen sein, die nicht nach dem Rotationsverfahren darstellbar sind. Sind alle Teilstrukturen der Mikrostruktur nach dem Rotationsverfahren darstellbar, ist die Mikrostruktur als Ganzes ein Rotationskörper.
  • Erfindungsgemäß ist die Teilstruktur durch den Ausdruck definiert, dass sie "durch ein Verfahren darstellbar ist, welches den Schritt umfasst, bei dem ein Flächenelement, das eine gerade Grundlinie und eine zu der Grundlinie nicht-parallele oberseitige Linie aufweist, um eine Rotationsachse, die in der Ebene des Flächenelements senkrecht auf der Grundlinie steht, gedreht wird, wodurch aus der Grundlinie ein Kreissektor und aus der oberseitigen Linie die optisch wirksame Oberfläche gebildet werden." Mit diesem Ausdruck wird die Form der Teilstruktur auf anschauliche Weise durch das Darstellungsverfahren definiert. Eine Alternative dazu ist eine ausschließlich strukturelle Definition, so dass der vorstehende Ausdruck austauschbar mit der Definition ist, wonach eine Teilstruktur "einen Ausschnitt aus einem Volumenkörper darstellt, so dass die Grundfläche der Teilstruktur die Form eines Kreissektors aus zwei Kreisradien und einem Kreisbogen aufweist, wobei in der Teilstruktur jede Ausschnittsfläche senkrecht auf der Grundfläche steht und die Schnittlinie jeder Ausschnittsfläche mit der Grundfläche eine Grundlinie darstellt, die ein Kreisradius des Kreissektors ist, und wobei die Ausschnittsfläche eine zu der Grundlinie nicht-parallele oberseitige Linie aufweist, die eine Profillinie des Profils der optisch wirksamen Oberfläche ist." Die Ausschnittsflächen entsprechen den Schnittflächen beim Ausschneiden eines Tortenstücks aus einer Torte.
  • Die Mikrostruktur weist optisch wirksame Oberflächen auf. Voraussetzung für die optische Wirksamkeit ist die Sichtbarkeit durch den Betrachter. Eine optische Oberfläche kann bei Betrachtung aus einem ersten Betrachtungswinkel sichtbar und bei Betrachtung aus einem zweiten Betrachtungswinkel verdeckt werden. Hierin sind optisch wirksame Oberflächen solche, die zumindest unter einem Betrachtungswinkel sichtbar sind. Die einfachste optisch wirksame Oberfläche weist keine Beschichtung auf und besteht aus dem Material der Mikrostruktur. Beispielsweise kann die Mikrostruktur ein Polymer enthalten, dessen Oberfläche Licht reflektiert und damit optisch wirksam ist. Die optische Wirksamkeit kann aber auch durch Beschichtung der Oberfläche verliehen oder verändert werden. Durch die optisch wirksamen Oberflächen auf der Mikrostruktur ergeben sich beim Drehen und Kippen, also unter verschiedenen Betrachtungswinkeln (θ, ϕ), optische Effekte. Hierin bezeichnet ϕ einen Horizontalwinkel auf der Kreisfläche, die durch Rotation der Grundlinie um die Rotationsachse entsteht, und θ bezeichnet einen Vertikalwinkel in Bezug auf diese Kreisfläche. Durch Drehen der Mikrostruktur ändert sich der Betrachtungswinkel ϕ, durch Kippen bzw. Neigen der Betrachtungswinkel θ. In dem Flächenelement wird die Ausrichtung der oberseitigen Linie in Bezug auf die Grundlinie auch mit dem Winkel θ bezeichnet.
  • Die räumliche Orientierung der Einheit aus Flächenelement und Rotationsachse ist natürlich nicht eingeschränkt. Aus Gründen der Anschaulichkeit wird hierin jedoch von folgender räumlichen Orientierung ausgegangen: Die Rotationsachse und das Flächenelement stehen vertikal, wodurch "oben" und "unten" definiert ist, wobei die Grundlinie die untere Seite und die oberseitige Linie Teil der oberen Seite des Flächenelements ist; und die Drehung erfolgt in horizontaler Richtung, so dass aus der Grundlinie ein waagrecht liegender Kreissektor entsteht.
  • Die dreidimensionale Grundform der Mikrostruktur ist nicht eingeschränkt und ist beispielsweise ein Tetraeder, Kugelabschnitt, Pyramidenstumpf, Kegel, Kegelstumpf, Zylinderabschnitt oder eine Pyramide, oder sie kann aus Teilen der genannten Grundformen zusammengesetzt sein. Somit ist auch die Grundfläche der Mikrostruktur nicht auf eine Kreisform beschränkt. Die Grundfläche der Mikrostruktur kann aus kreissektorförmigen Teilstrukturen und Strukturen anderer Geometrie zusammengesetzt sein. Das Verfahren zur Darstellung der Mikrostruktur kann auch beispielsweise das Ausschneiden eines Teils der Mikrostruktur umfassen, wodurch aus der kreisförmigen Grundfläche eine andere als eine kreisförmige Grundfläche, z. B. ein Quadrat, gebildet wird. Die kreisförmige Grundfläche kann aber auch ein Teil der Gesamtgrundfläche der Mikrostruktur sein, wobei der andere Teil beliebig ausgestaltet sein kann, so dass insgesamt ein andere als kreisförmige Grundfläche erhalten wird. Rechteckige oder quadratische Gesamtgrundflächen ermöglichen, dass die Mikrostrukturen flächendeckend aneinander angeordnet werden können.
  • Die erfindungsgemäße Mikrostruktur ermöglicht die Kodierung einer Anzahl von unterschiedlichen Bildern direkt in die optischen wirksamen Oberflächen. Es ergeben sich somit optische Merkmale, die unter speziellen Betrachtungswinkeln relativ zur Oberfläche und relativ zur Lichtquelle sichtbar werden. Durch eine gezielte Auswahl der Bilder kann auf diese Weise eine Bildabfolge erzeugt werden, die beim Kippen und/oder Drehen der Oberfläche ähnlich wie bei einem Film Bewegungseffekte des Motivs erzeugt.
    • Das Flächenelement
  • Eine Teilstruktur kann durch das Drehen eines Flächenelements, das eine Grundlinie und eine zu der Grundlinie nicht-parallele oberseitige Linie aufweist, um eine Rotationsachse dargestellt werden. Nicht-parallel bedeutet, dass eine Linie gekrümmt ist oder dass eine gerade Linie senkrecht verläuft oder zu der Rotationsachse hin nach oben oder unten geneigt ist. Die oberseitige Linie ist im einfachsten Fall eine Linie, welche die Grundline mit der Rotationsachse verbindet. Diese Linie ist gerade, so dass das Flächenelement ein rechtwinkliges Dreieck ist, oder gekrümmt. Aus der nicht-parallelen oberseitigen Linie entsteht beim Drehen eine optisch aktive Oberfläche. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass auch aus einer parallelen Profillinie ebenfalls eine optisch aktive Oberfläche entsteht.
  • Das im Rotationsverfahren verwendete Flächenelement entspricht der oben beschriebenen Ausschnittsfläche.
  • Die Oberseite kann beliebig viele Linien aufweisen, die unabhängig voneinander zu der Grundlinie nicht-parallel sind. Daneben kann sie beliebig viele parallele Linien aufweisen. Eine Oberseite mit mehreren unterschiedlichen Linien wird hierin als Profil bezeichnet. Ein Profil kann aus mehreren Profillinien bestehen, die gerade oder gekrümmt sind und/oder einander in ihrer Länge und/oder ihrem Winkel bzw. ihrer Orientierung zu der Grundlinie und damit auch zu der Rotationsachse unterscheiden. Das Profil kann auch eine Kombination aus geraden und gekrümmten Profillinien sein, so dass ein Profil Höhepunkte und Tiefpunkte aufweist, die durch gerade und/oder gekrümmte Profillinien verbunden sind. Die Höhepunkte können auf einer oder auf verschiedenen Geraden senkrecht zu der Rotationsachse liegen. Entsprechendes gilt für die Tiefpunkte. Es ist bevorzugt, dass alle Höhepunkte auf einer ersten Geraden und alle Tiefpunkte auf einer zu der ersten Geraden parallelen zweiten Geraden liegen. Die zweite Gerade kann auf der Grundlinie liegen.
  • Die Höhe des Flächenelements, also der Abstand zwischen der Grundlinie und dem Profil, kann beliebig sein. Es kann bevorzugt sein, dass der Abstand zwischen der Grundlinie und dem untersten Punkt des Profils gering, z. B. 50 nm bis 1 µm, oder sogar Null ist. Ein Beispiel einer Oberseite ist sägezahnartig, wobei in Ausführungsformen die einzelnen Sägezähne auf der Grundlinie liegen und einander nicht oder nur an einem Punkt berühren. Durch Drehung um die Rotationsachse ergibt das Profil einen Volumenkörper, der auf seiner Oberfläche Erhebungen mit Höhepunkten und Einbuchtungen mit Tiefpunkten sowie Flanken zwischen den Höhepunkten und Tiefpunkten aufweist. Die Flanken entstehen durch Drehung der Profillinien um die Rotationsachse und ergeben die optisch wirksamen Oberflächen des Bildelements.
  • Die Struktur der Oberseite des Flächenelements kann in Abhängigkeit von den gewünschten Intensitätswerten der optisch wirksamen Oberflächen ausgewählt sein. Die relativen Intensitätswerte der einzelnen Teilstrukturen und Mikrostrukturen aus den jeweiligen θ,ϕ - Betrachtungswinkeln können berechnet werden. Die Grundfläche einer kreisförmigen Mikrostruktur kann in ϕ-Sektoren, also kreissektorförmigen Grundflächen der Teilstrukturen, unterteilt werden. Jedem Sektor jeder Mikrostruktur wird in Abhängigkeit der vorher berechneten Intensitätswerte der Mikrostruktur in dem zu kodierenden Bild des optischen Elements ein Intensitätswert zwischen 0 und maximaler Intensität zugeordnet. Entsprechend dieser Intensitätswerte der Sektoren werden passende Flächenelemente berechnet und daraus dann die Teilstrukturen der Mikrostruktur dargestellt. Diese Teilstrukturen werden anschließend zusammengesetzt und bilden so die Form der Mikrostruktur.
  • Eine Teilstruktur, die durch das Rotationsverfahren hergestellt wird, bildet in der Draufsicht einen Kreissektor. Das Profil eines Flächenelements zur Darstellung einer Teilstruktur bzw. Sektors wird derart berechnet, dass in der Mikrostruktur bestimmte Flächenteile [A_ref] der entstehenden Gesamtoberfläche [A_ges] auftreffendes Licht in zumindest eine gewünschte θ-Betrachtungsrichtung reflektieren und andere Flächenteile [A_aus] auftreffendes Licht von der gewünschten Betrachtungsrichtung ausblenden (z.B. durch Reflexion in eine andere Betrachtungsrichtung oder in eine nicht betrachtbare Richtung). Der Anteil dieser Flächenanteile ist abhängig von dem Intensitätswert des Sektors des zu kodierenden Bildes [I_sector] und dem maximal erreichbaren Intensitätswert [I_max] des Sektors und wird durch folgende Formeln festgelegt: A _ ref / A _ ges = I _ sector / I _ max
    Figure imgb0001
     A _ aus = A _ ges − A _ ref
    Figure imgb0002
  • Hierdurch entsteht beim Betrachter in der gewünschten θ-Betrachtungsrichtung ein zu den kodierten Bildern entsprechender Helligkeitseindruck der Mikrostruktur. Entsprechend dem kodierten Helligkeitseindruck der benachbarten Bilder wechselt durch die verschiedenen Formen der Teilstrukturen der Helligkeitseindruck bei Beibehaltung der θ-Betrachtungsrichtung und gleichzeitiger Veränderung der ϕ-Betrachtungsrichtung, also beim Drehen.
  • Die hohe Anzahl der optischen Effekte der Mikrostruktur ergibt sich aus der Kombination aus Sektoren und den Profilen der Sektoren.
    • Das optische Element
  • Das optische Element (Figur 7) enthält eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Mikrostrukturen, die auf einem Träger angeordnet sind und die Pixel des Motivs des optischen Elements darstellen. Das optische Element kann beispielsweise ein Sicherheitsmerkmal auf einem Wertdokument sein. Es können beliebige Träger verwendet werden, beispielsweise Papier oder eine Folie. Materialien für die Folie können Kunststoffe, insbesondere PC (Polycarbonat), PMMA (Polymethylmethacrylat), PET (Polyethylente-rephthalat), PBT (Polybutylenterephthalat), PEN (Polyethylennaphthalat), PP (Polyproyplen), PA (Polyamid) oder PE (Polyethylen) oder biaxial orientiertes Polypropylen (BOPP) sein. Die Folie kann transluzent sein.
  • Die gesamte Oberfläche des optischen Elements wird in einzelne Mikrostrukturen mit beliebiger Grundfläche (z.B. quadratisch, rechteckig, hexagonal oder allgemein eine Kombination davon) eingeteilt, wobei Geometrien bevorzugt sind, die nebeneinander angeordnet flächendeckend sind.
  • Abhängig von der Anzahl der zu kodierenden Bilder wird die Grundfläche der Mikrostrukturen in Sektoren unterteilt (Figuren 1A und 1B). Die Fläche der zu kodierenden Bilder wird ebenfalls in die gleichen Mikrostrukturen unterteilt, wobei die relativen Intensitätswerte der einzelnen Mikrostrukturen der Bilder errechnet werden
  • Der erfindungsgemäße Ansatz ermöglicht die Kodierung einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Bildern direkt in die Strukturen der Fläche der optischen Sicherheitsmerkmale, die unter speziellen Betrachtungswinkeln relativ zur Oberfläche und relativ zur Lichtquelle sichtbar werden. Durch eine sinnvolle Auswahl der Bilder kann auf diese Weise eine Bildabfolge erzeugt werden, die ähnlich wie bei einem Film beim Kippen und/oder Drehen der Oberfläche Bewegungseffekte des Motivs erzeugt. Die Anzahl der Bilder ist grundsätzlich beliebig, jedoch sinken die maximale Intensität und die Unterscheidbarkeit der Bilder bei zunehmender Anzahl in Abhängigkeit der Lichtquelle, unter der die Bilder betrachtet werden, wobei stark parallelisiertes Licht wie z.B. Sonnenlicht eine höhere Unterscheidbarkeit ermöglicht und diffuseres Licht wie z.B. Umgebungslicht eine geringere Unterscheidbarkeit zulässt. Es gibt daher abhängig von der Aufgabenstellung und des Motivs eine in praktischer Hinsicht maximale Anzahl der Bilder.
    • Herstellung
  • Die Teilstrukturen sind anhand der Strukturen, die durch das Darstellungsverfahren erhalten werden, herstellbar. Zur Erzeugung der Mikrostrukturen können bekannte Mikrostrukturierungsverfahren verwendet werden, z.B. Prägeverfahren wie Nanoprägelithographie (NIL). Es können bekannte Verfahren eingesetzt werden, in denen thermoplastischen Folien oder mit strahlungshärtenden Lacken beschichtete Folien geprägt werden. Bevorzugt sind Mikrostrukturen, die Polymere enthalten oder daraus bestehen, so dass eine Herstellung mittels Prägeverfahren, z.B. Rolle-zu-Rolle-Verfahren, ermöglicht wird.
  • Zur Erzeugung der Mikrostrukturen können alternativ auch bekannte Formgebungsverfahren verwendet werden wie z.B. das Spritzgussverfahren oder das Extrusionsverfahren, welche geschmolzenes Material in eine negative Form zu spritzen, um die gewünschte Form zu erzeugen. Mikrostrukturen können durch die Verwendung geeigneter Einsätze, die das Negativ des Oberflächenreliefs der Mirkostruktur enthalten, erhalten werden.
  • Das Prägewerkzeug weist das Negativ des Oberflächenreliefs der Mikrostruktur auf und kann durch bekannte Verfahren wie Photolithographie, Elektronenstrahllithographie oder Laserstrahllithographie hergestellt werden.
    • Beschichtung
  • Auf den optisch wirksamen Oberflächen kann zumindest bereichsweise eine reflektierende oder reflexionserhöhende Beschichtung, insbesondere eine metallische oder hochbrechende Beschichtung, ausgebildet sein. Diese kann eine metallische Beschichtung sein, die beispielsweise in einer Dicke von 50 nm aufgedampft ist. Als Beschichtungsmaterial können insbesondere Aluminium, Gold, Silber, Kupfer, Palladium, Chrom, Nickel und/oder Wolfram sowie deren Legierungen verwendet werden. Alternativ kann die reflektierende oder reflexionserhöhende Beschichtung durch eine Beschichtung mit einem Material mit hohem Brechungsindex gebildet werden.
  • Die optisch wirksamen Oberflächen der Mikrostrukturen können nach dem Prägen und Härten eines auf einer Trägerfolie befindlichen Prägelacks metallisiert werden. Um eine Kopierung des Sicherheitsmerkmals mittels Abformung der Strukturen zu verhindern, ist es möglich, die beschichteten Strukturen mit einem weiteren Polymer zu versiegeln. Es kann auch ein weitere Lackschicht als Schutzlack oder Klebelack aufgetragen werden.
  • Beispielhaft werden nachfolgend vier Ausführungsformen zur Konstruktion von Flächenelementen mit Profilen beschrieben. Ausführungsformen 3 und 4 können bevorzugt sein, da sie mehr Freiheitsgrade erlauben.
    • Ausführungsform 1 (Figuren 2A bis 2C)
  • Entsprechend der gewünschten θ-Betrachtungsrichtung wird ein Strukturwinkel α1 berechnet, so dass eintreffende Strahlen einer Lichtquelle von den optisch wirksamen Flächen (2) in Richtung des θ-Betrachtungswinkels reflektiert werden. Für Flächenanteile, die das Licht ausblenden sollen, wird eine zur Grundlinie parallele Linie (3) verwendet.
  • Abhängig vom benötigten Intensitätswert (0 bis I_max) des Sektors der Mikrostruktur ergeben sich folgende Profillinien:
    1. (i) Für den Fall Intensität = 0 (Fig. 2A) ergibt sich keine Struktur; der Volumenkörper des Sektors besteht nur aus der Basisfläche (bzw. der Oberfläche des Trägers).
    2. (ii) Für den Fall Intensität = I_max (Fig. 2B) ergibt sich eine gerade Linie mit Steigung = α1; der Volumenkörper des Sektors entspricht einem Kegelsektor mit H= H_max.
    3. (iii) Für den Fall Intensität = l_sector (Fig. 2C) im Bereich zwischen 0 und I_max ergibt sich eine Kombination der beiden Funktionen, wobei der Anteil der geraden Linie entsprechend dem benötigten Flächenverhältnis aus Formel 1 berechnet wird. Der Volumenkörper des Sektors entspricht einem Kegelstumpfsektor mit H= H_facet.
  • Ein Nachteil dieser Ausführungsform gegenüber den besonders bevorzugten Ausführungsformen ist, dass das ausgeblendete Licht nicht kontrolliert wird, wodurch Störbilder nahe den gewünschten θ-Betrachtungsrichtung auftreten können, die auch die Bildabfolge des Motivs beim Drehen oder Kippen stören können. Außerdem können die gewünschte θ-Betrachtungsrichtung, die maximale Höhe der Strukturen und die Basisfläche der Pixel nicht unabhängig voneinander gewählt werden. Es können nur zwei dieser Parameter frei gewählt werden, während sich der dritte Parameter aus den anderen beiden Parametern ergibt.
    • Ausführungsform 2 (Figuren 3A bis 3C)
  • Entsprechend der gewünschten θ-Betrachtungsrichtung wird ein Winkel α1 berechnet, so dass eintreffende Strahlen einer Lichtquelle in Richtung des 8-Betrachtungswinkels reflektiert werden. Zusätzlich wird eine zweite θ-Betrachtungsrichtung mit entsprechendem Winkel α2 gewählt, unter dem ein Negativbild des zu kodierenden Bildes erscheinen soll. Für Flächenanteile, die das Licht ausblenden sollen, wird eine gerade Linie mit Steigung = α2 verwendet, um das ausgeblendete Licht in die θ-Betrachtungsrichtung des Negativbildes zu lenken.
  • Abhängig vom benötigten Intensitätswert des Sektors des Pixels ergeben sich dementsprechend folgende Profillinien:
    1. (i) Für den Fall Intensität = 0 (Fig. 3A) ergibt sich eine gerade Linie mit Steigung = α2 und eine gerade Linie mit Steigung = 0, um den Sektor aufzufüllen. Der Volumenkörper entspricht einem Kegelsektor mit H= H_Max, der die Grundfläche nicht vollständig bedeckt.
    2. (ii) Für den Fall Intensität = I_max (Fig. 3B) ergibt sich eine gerade Linie mit Steigung = α1. Der Volumenkörper des Sektors entspricht einem Kegelsektor mit H= H_max.
    3. (iii) Für den Fall Intensität = l_sector (Fig. 3C) im Bereich zwischen 0 und I_max ergibt sich eine Kombination der beiden Linien, wobei deren Anteil an dem Profil entsprechend dem benötigten Flächenverhältnis aus Formel 1 berechnet wird. Zusätzlich wird eine gerade Linie mit Steigung = 0 verwendet, um die beiden geraden Linien zu verbinden. Der Volumenkörper des Sektors entspricht einem Kegelstumpfsektor mit einem aufgesetzten Kegelsektor.
  • Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass das ausgeblendete Licht verwendet wird, um ein weiteres Bild (Negativbild des kodierten Bildes) unter einer anderen θ-Betrachtungsrichtung zu erzeugen. Es bleiben jedoch weiterhin flache Teilstücke, die zu Störbildern führen können. Ein Nachteil ist, dass die gewünschte θ-Betrachtungsrichtung, die maximale Höhe der Strukturen und die Grundfläche der Mikrostruktur nicht unabhängig voneinander gewählt werden können. Es können nur zwei dieser Parameter frei gewählt werden, während der dritte Parameter sich aus den anderen beiden Parametern ergibt. Hergestellte Mikrostrukturen können unter Verwendung eines Keyence-Laserscanning-Mikroskops vermessen werden.
    • Ausführungsform 3 (Figuren 4A bis 4C)
  • Entsprechend der gewünschten θ-Betrachtungsrichtung wird ein Winkel α1 berechnet, so dass eintreffende Strahlen einer Lichtquelle in Richtung des 8-Betrachtungswinkels reflektiert werden. Zusätzlich wird eine zweite θ-Betrachtungsrichtung mit entsprechendem Winkel α2 gewählt, unter dem ein Negativbild des zu kodierenden Bildes erscheinen soll. Für Flächenanteile, die das Licht ausblenden sollen, wird eine Kurve mit Steigung = α2 verwendet, um das ausgeblendete Licht in die θ-Betrachtungsrichtung des Negativbildes zu lenken. Zusätzlich werden bei diesem Ansatz die geraden Linien unterteilt, wenn sie H_max überschreiten. Dies ermöglicht eine Entkopplung der drei Parameter, nämlich θ-Betrachtungsrichtung, maximale Höhe der Strukturen und Grundfläche der Mikrostruktur, sowie das Vermeiden von geraden Linien mit Steigung = 0.
  • Abhängig vom benötigten Intensitätswert (0 - I_max) des Sektors der Mikrostruktur ergeben sich dementsprechend folgende Profile:
    1. (i) Für den Fall Intensität = 0 (Fig. 4A) ergeben sich mehrere gerade Linien mit Steigung = α2, welche durch andere gerade Linien unterteilt werden, wodurch ein sägezahnartiges Profil entsteht.
    2. (ii) Für den Fall Intensität = I_max (Fig. 4B) ergeben sich mehrere gerade Linien mit Steigung = α1, welche durch andere gerade Linien unterteilt werden, wodurch ebenfalls ein sägezahnartiges Profil entsteht.
    3. (iii) Für den Fall Intensität = l_sector (Fig. 4C) im Bereich zwischen 0 und I_max ergibt sich eine Kombination der beiden Bereiche, wobei deren Anteil an dem Profil entsprechend dem benötigten Flächenverhältnis aus Formel 1 berechnet wird.
    Ausführungsform 4 (Figuren 5A bis 5C)
  • Ausgehend von der Ausführungsform 3 wird ein Strukturwinkel α2 = 45° für die Ausblendungsoberflächen und deren Unterteilungen gewählt. Die Kombination von zwei Flächen, die normal aufeinander stehen, ermöglicht einen Effekt wie der einer retroreflektierenden Struktur, die auftreffendes Licht in Richtung der Quelle zurückwirft. Hierdurch wird der Anteil des Lichtes, das ausgeblendet werden soll, in eine von der Betrachtungsrichtung unterschiedlichen Richtung reflektiert, und es werden keine unerwünschten Negativbilder erzeugt.
    • Beispiele
  • Es wurden verschiedene erfindungsgemäße Mikrostrukturen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
    1. 1. Circle_V2:
      Profil gemäß Ausführungsform 3; h_max = 2.5 µm; Basisfläche 80 x 80 µm; α1 = 14°; α1 = 28°
    2. 2. Qube_V1:
      Profil gemäß Ausführungsform 3; h_max = 2.5 µm; Basisfläche 100 x 100 µm; α1 = 14°
    3. 3. Qube_V1:
      Profil gemäß Ausführungsform 4; h_max = 5 µm; Basisfläche 100 x 100 µm, α1 = 14°
  • In allen drei Versuchen konnten Mikrostrukturen mit den gewünschten Motiven und Effekten bei Änderung des Betrachtungswinkels hergestellt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • (1)
    Grundlinie
    (2)
    Profillinie (nicht-parallele oberseitige Linie)
    (3)
    Profillinie
    (4)
    Rotationsachse

Claims (15)

  1. Mikrostruktur mit Teilstrukturen, die einander in ihrer Form unterscheiden, wobei jede der Teilstrukturen eine optisch wirksame Oberfläche aufweist und durch ein Verfahren darstellbar ist, welches den Schritt umfasst, bei dem ein Flächenelement, das eine gerade Grundlinie und eine zu der Grundlinie nicht-parallele oberseitige Linie aufweist, um eine Rotationsachse, die in der Ebene des Flächenelements senkrecht auf der Grundlinie steht, gedreht wird, wodurch aus der Grundlinie ein Kreissektor und aus der oberseitigen Linie die optisch wirksame Oberfläche gebildet werden.
  2. Mikrostruktur nach Anspruch 1, wobei alle Teilstrukturen der Mikrostruktur durch das genannte Verfahren darstellbar sind, wobei das Drehen um dieselbe Rotationsachse erfolgt, wodurch die erhaltenen Teilstrukturen zusammen eine kreisförmige Grundfläche der Mikrostruktur ergeben.
  3. Mikrostruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren das Ausschneiden eines Teils der Mikrostruktur umfasst, wodurch aus der Grundfläche der Mikrostruktur eine andere als eine kreisförmige Grundfläche gebildet wird.
  4. Mikrostruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die oberseitige Linie des Flächenelements eine erste Linie ist und das Flächenelement eine zweite oberseitige Linie aufweist, wobei die erste Linie zu der Rotationsachse hin nach oben geneigt ist und die zweite Linie sich von der zweiten Linie in der Neigung zu der Rotationsachse hin unterscheidet.
  5. Mikrostruktur nach Anspruch 4, wobei die erste Linie und die zweite Linie Profillinien eines oberseitigen Profils mit mehreren Höhepunkten und Tiefpunkten sind.
  6. Mikrostruktur nach Anspruch 5, wobei das Profil mehrere erste Profillinien und mehrere zweite Profillinien aufweist, wobei die ersten Profillinien den gleichen oder unterschiedliche Neigungswinkel zu der Rotationsachse und die zweiten Profillinien den gleichen oder unterschiedliche Neigungswinkel zu der Rotationsachse einnehmen und wobei erste und zweite Profillinien einander abwechseln.
  7. Mikrostruktur nach Anspruch 6, wobei die Höhepunkte von mehreren der Profillinien auf einer Geraden senkrecht zu der Rotationsachse liegen und/oder die Tiefpunkte der Profillinien auf einer Geraden senkrecht zu der Rotationsachse liegen.
  8. Mikrostruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine geprägte und gehärtete Polymerstruktur ist oder enthält.
  9. Mikrostruktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die optisch wirksame Oberfläche die Oberfläche einer Beschichtung einer geprägten und gehärteten Polymerstruktur ist.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Mikrostruktur, welches folgende Schritte umfasst:
    (i) Herstellen einer Teilstrukturdarstellung durch ein Verfahren, welches den Schritt umfasst, bei dem ein Flächenelement, das eine gerade Grundlinie und eine zu der Grundlinie nicht-parallele oberseitige Linie aufweist, um eine Rotationsachse, die in der Ebene des Flächenelements senkrecht auf der Grundlinie steht, gedreht wird, wodurch aus der Grundlinie ein Kreissektor und aus der oberseitigen Linie die optisch wirksame Oberfläche gebildet werden;
    (ii) Herstellen einer Mikrostrukturdarstellung, welche die gemäß Schritt (i) erhaltene Teilstrukturdarstellung und mindestes eine davon in ihrer Form verschiedene Teilstrukturdarstellung umfasst; und
    (iii) Herstellen der Mikrostruktur auf der Grundlage der in Schritt (ii) erhaltenen Mikrostrukturdarstellung.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei Schritt (iii) folgende Schritte umfasst:
    (iii-1) Herstellen eines Prägewerkzeugs als Negativ der in Schritt (ii) erhaltenen Mikrostrukturdarstellung;
    (iii-2) Drücken des in Schritt (iii-1) erhaltenen Prägewerkzeugs auf ein nicht ausgehärtetes Substrat unter Bildung eines geprägten Substrats; und
    (iii-3) Härten des in Schritt (iii-2) erhaltenen geprägten Substrats unter Bildung der Mikrostruktur.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, welches das Auftragen einer Beschichtung auf die optisch wirksame Oberfläche umfasst.
  13. Mikrostruktur, erhältlich gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12.
  14. Optisches Element mit einem Träger und einer Vielzahl von auf dem Träger angeordneten Mikrostrukturen nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder 13.
  15. Verwendung eines optischen Elements nach Anspruch 14 als Sicherheitselement auf Wertdokumenten oder Dekorationselement.
EP23182716.3A 2023-06-30 2023-06-30 Mikrostruktur mit optischen effekten Withdrawn EP4484174A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP23182716.3A EP4484174A1 (de) 2023-06-30 2023-06-30 Mikrostruktur mit optischen effekten
PCT/EP2024/068040 WO2025003285A1 (de) 2023-06-30 2024-06-27 Mikrostruktur mit optischen effekten

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP23182716.3A EP4484174A1 (de) 2023-06-30 2023-06-30 Mikrostruktur mit optischen effekten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4484174A1 true EP4484174A1 (de) 2025-01-01

Family

ID=87060013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23182716.3A Withdrawn EP4484174A1 (de) 2023-06-30 2023-06-30 Mikrostruktur mit optischen effekten

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4484174A1 (de)
WO (1) WO2025003285A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009013000A2 (de) 2007-07-25 2009-01-29 Giesecke & Devrient Gmbh Sicherheitselement mit mehreren optisch variablen strukturen
WO2013045056A1 (de) 2011-09-30 2013-04-04 Giesecke & Devrient Gmbh Sicherheitselement mit mehreren optisch variablen strukturen und einem kinematischen effekt
EP3598204A2 (de) * 2017-03-15 2020-01-22 Computer Holography Centre Ltd Mikrooptisches system zur herstellung visueller bilder mit kinematischen bewegungseffekten

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009013000A2 (de) 2007-07-25 2009-01-29 Giesecke & Devrient Gmbh Sicherheitselement mit mehreren optisch variablen strukturen
WO2013045056A1 (de) 2011-09-30 2013-04-04 Giesecke & Devrient Gmbh Sicherheitselement mit mehreren optisch variablen strukturen und einem kinematischen effekt
EP3598204A2 (de) * 2017-03-15 2020-01-22 Computer Holography Centre Ltd Mikrooptisches system zur herstellung visueller bilder mit kinematischen bewegungseffekten

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025003285A1 (de) 2025-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69929596T2 (de) Würfelecken-retroreflektoren und verfahren für ihre herstellung
DE69428450T2 (de) Vielfach strukturierter würfelecken-körper
DE69509670T2 (de) Retroreflektive geneigte prismenstruktur
DE69424436T2 (de) Asymmetrischer würfeleckiger gegenstand und herstellungsverfahren
DE69627088T2 (de) Antireflektierende Oberfläche mit vorgegebener Rauheit, insbesondere für Armaturenbrett von Motorfahrzeugen
EP2951031B1 (de) Sicherheitselement mit rinnen- oder rippenförmigen strukturelementen
DE69703703T2 (de) Stark geneigter retroreflektierender wuerfeleckiger artikel
DE68915367T2 (de) Effizientes Material für einen Retroreflektor.
DE69429924T2 (de) Direktmechanisch hergestellter stufenstrukturierter retroreflektiver würfelecken-körper und herstellungsverfahren
EP2225110B1 (de) Sicherheitselement
DE60021165T2 (de) Retroreflektierende Folie mit dreieck-pyramidischen Würfelecken
DE68919749T2 (de) Effizientes Material für einen Würfelecken Retroreflektor.
DE2753837C2 (de) Rückstrahlendes Bogenmaterial
EP2633345B1 (de) Sicherheitselement mit optisch variablem flächenmuster
EP1644871B1 (de) Optisches sicherheitselement und system zur visualisierung von versteckten informationen
EP2853411B1 (de) Sicherheitselement mit Linsenrasterbild
DE60035101T2 (de) Dauerhafte, offenflaechige retroreflektierende prismatische konstruktion
EP2889152B1 (de) Sicherheitselement zur Darstellung zumindest einer optisch variablen Information
DE112012006438T5 (de) Optisches fälschungssicheres Element, dasselbe verwendendes Produkt und Herstellungsverfahren dafür
DE4236799C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Abformwerkzeuges mit einer würfelstrukturförmigen Oberfläche zum Herstellen von Hochleistungs-Tripel-Reflektoren
EP3606765B1 (de) Sicherheitselement mit reliefstruktur und herstellungsverfahren hierfür
EP2335100B1 (de) Gitterbild mit achromatischen gitterfeldern
EP3034315B1 (de) Sicherheitselement, verfahren zum herstellen desselben und mit dem sicherheitselement ausgestatteter datenträger
DE4242264C2 (de) Körper oder Bauteil mit einer Mikrodoppeltripel aufweisenden Oberfläche sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Körpers oder Bauteils
DE102017009226A1 (de) Optisch variables Durchsichtssicherheitselement und Datenträger

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20250702