WO2010034420A1 - Gitterbild mit achromatischen gitterfeldern - Google Patents

Gitterbild mit achromatischen gitterfeldern Download PDF

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WO2010034420A1
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Marius Dichtl
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Giesecke and Devrient GmbH
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    • B42D25/328—Diffraction gratings; Holograms

Definitions

  • the invention relates to a grating image with achromatic grating fields.
  • the invention further relates to a method for producing such a grating image as well as a security element, a security paper and a data carrier with such a grating image.
  • holograms To secure the authenticity of credit cards, banknotes and other valuable documents, holograms, holographic lattice images and other hologram-like diffraction structures have been used for some years.
  • holographic diffraction structures In the field of banknotes and security, holographic diffraction structures are generally used, which can be produced by embossing holographically generated lattice images in thermoplastically deformable plastics or UV-curable lacquer on film substrates.
  • Real holograms are produced by illuminating an object with coherent laser light and superposing the laser light scattered by the object with an uninfluenced reference beam in a photosensitive layer. So-called holographic diffraction gratings are obtained when the light beams superimposed in the photosensitive layer consist of spatially extended, uniform, coherent wave fields.
  • Holographic gratings can be generated on the basis of holographic diffraction gratings by not covering the entire surface of the photosensitive material with a uniform holographic diffraction grating, but by using suitable masks to respectively cover only parts of the recording surface with one of several different uniform lattice patterns occupy.
  • Such a holographic grating image is composed of a plurality of grating fields with different diffraction grating patterns, which are usually arranged next to one another in a flat, strip-shaped or pixel-like design. By suitable arrangement of the regions, a multiplicity of different image motifs can be represented with such a holographic grating image.
  • the diffraction grating patterns can be produced not only by direct or indirect optical superimposition of coherent laser beams, but also by electron beam lithography. Frequently, a pattern diffraction structure is generated, which is then converted into a relief structure. This relief structure can be used as a stamping tool.
  • the document WO 2005/071444 A2 describes grating fields with grating lines which are characterized by the parameters orientation, curvature, spacing and profiling, wherein at least one of these parameters varies over the surface of the grating field. If at least one of the parameters varies randomly, one speaks of so-called matt structures. These show no diffractive effects when viewed, but scattering effects and have a dull appearance, preferably no coloration. The matt structures show the same appearance with pure scattering effects from all viewing angles.
  • the object of the invention is to further improve a lattice image of the type mentioned at the outset, and in particular to create lattice images with new optical effects, while maintaining the previous advantages, and / or to further increase the anti-counterfeiting security of the lattice images.
  • a generic lattice image comprises two or more achromatic lattice fields with a visual angle-dependent visual appearance, each containing a lattice pattern influencing electromagnetic radiation from a plurality of straight lattice lines. It is envisaged that
  • the grid fields are arranged in the form of a predetermined motif
  • the grating patterns of the grating fields are each characterized by the grating pattern parameters orientation, spacing, and profiling of the grating lines,
  • the lattice fields are each determined by the lattice field parameters average orientation, orientation scatter, mean spacing, scattering, profiling and profiling of the grid lines are characterized, and that
  • At least the grid field parameter average orientation changes from grid field to grid field discretely.
  • Such a design makes it possible to produce matt-structured grating images which represent the predetermined motif for a viewer with a relief-like or lenticular three-dimensional impression, the strength of the relief-like or lenticular three-dimensional impression being adjusted to a large extent by the choice of the scattering parameters can, as explained in more detail below.
  • a random variation of a parameter means that the parameter obeys a specific probability function (in the case of discrete parameters) or density function (in the case of continuous parameters), which indicates the probability of occurrence or the probability density of this value for each value of the parameter. If the frequency of the parameter values of the totality of the grid lines of a grid field is considered, then the associated probability function or density function of this parameter is approximately reconstructed when these frequencies are plotted. On the other hand, the parameter value for a given, arbitrarily selected grid line can not be predicted in an obvious way.
  • the probability functions or density functions of different parameters are fundamentally independent of each other. In some embodiments, however, it may be appropriate to use the probability radio functions or density functions of two or more parameters.
  • the eligible probability functions or density functions can extend over a certain range and be constant there, can have a maximum, in particular be distributed symmetrically or asymmetrically around this maximum, can have at least one additional secondary maximum in addition to a maximum, several can approximately have the same high maxima, can be discrete (probability functions), ie the grids have only certain discrete values with respect to the parameter under consideration, may be continuous or quasi-continuous (density functions), i. all values occur in a certain continuous range, or they can also be partially continuous or quasi-continuous and partially discrete.
  • a grid pattern parameter varies randomly over the area of a grid field
  • the grid field can be described by the mean value of this parameter and its scattering.
  • a non-varying parameter can be described by an average value and a dispersion by setting the value of zero for the dispersion. The average value of such a grid field parameter is then equal to the constant value of the associated non-varying grid pattern parameter.
  • a discrete change of a parameter in contrast to a continuous change, means a sudden change by at least one specific value ⁇ > d.
  • the grid field parameter average orientation within the predetermined motif of a grid field to a neighboring grid field by at least 1 ° or at least 2 ° or at least 5 ° changes.
  • Such a discrete change always involves a discontinuity at the boundary of adjacent grids, while continuous changes usually correspond to steady transitions.
  • the grid pattern parameter randomly varies orientation over the area of the grid field, while the profile of the grid lines in this embodiment is constant. Due to the variation of the grid pattern parameter orientation, the grid pattern parameter spacing will generally also vary in this embodiment.
  • the grid field parameters orientation scattering, spacing scattering and profiling scattering have the same value in all grid fields of the predetermined motif.
  • the strength of the relief-like visual impression in this case is the same across the entire subject.
  • different values for the grating field parameters orientation scattering, spacing scattering and profiling scattering can also be provided in different motif areas, so that a different degree of relief impression is produced in different motif areas.
  • first values first values
  • second values second values
  • the various motifs Regions can also be arranged nested with advantage in this case.
  • the grid pattern parameter spacing of the grid lines from grid field to grid field can change discretely within the predetermined motif in addition to the grid pattern parameter orientation.
  • the grating field parameters orientation scattering, beam scattering and profiling scattering are selected so that the predetermined motif conveys a relief-like or lens-like three-dimensional impression.
  • Larger values of the scattering parameters mentioned lead to a flatter appearance, small values of the scattering parameters to a strongly relief-like or lenticular impression, as explained in more detail below.
  • small values of the scattering parameters are understood to mean values significantly smaller than the mean spacing values, which is generally the case for a value of a scattering parameter that is about one tenth of the mean spacing value in the considered one
  • “large” values of the scattering parameters are understood to mean values which correspond approximately to the values of the average spacing.
  • the grating field parameter mean spacing is expediently between 100 nm and 10 ⁇ m, preferably between 300 nm and 3000 nm, particularly preferably between 500 nm and 1600 nm.
  • the value of the grating field parameter orientation scattering is preferably less than +/- 10 °, preferably less than +/- 3 °, more preferably less than +/- 0.3 °. Value ranges for the spacing scattering can not be specified in a general form, as these are dependent on various parameters, such. As the size of the selected motif, the size of the entire grid image area according to the invention and grid fields, the orientation scattering, etc. depends.
  • the extent of the grating fields is advantageously in at least one dimension in the range or below the resolution limit of the naked eye, so that the individual grids without tools are just or no longer recognizable.
  • the grating fields can be formed in particular by narrow strips having a width in the region or below the resolution limit of the eye or by small surface elements of any shape having a size in the region or below the resolution limit of the eye.
  • the extent of the grating fields in at least one dimension is in the range of 100 ⁇ m or less and is, for example, between 10 ⁇ m and 30 ⁇ m.
  • each grid field of the grid image has a preferred direction which defines a viewing area from which the achromatic grid field with a matt, preferably silvery, appearance appears visually.
  • the viewing area is preferably given by an angle range of about +/- 10 °, preferably of about +/- 3 °, more preferably of about +/- 1 ° to a preferential viewing direction.
  • the abovementioned angular range around the preferred viewing direction is particularly strongly dependent on the geometry of the selected grating image and the number of selected grating fields.
  • the grating patterns of the achromatic grating fields are preferably generated by electron beam lithography. This technique makes it possible to produce lattice patterns in which for each individual lattice line the parameters tion, spacing and profiling can be clearly specified.
  • a desired random distribution of the parameters orientation, spacing and profiling of the grid lines can thus also be realized with a predetermined probability or density function.
  • the grating lines have a line profile depth between about 100 nm and about 400 nm.
  • the ratio of line width to average spacing in the grid fields is advantageously about 1: 2.
  • the grating lines preferably have a sinuoid profile, symmetrical triangular profile or asymmetrical triangular profile (sawtooth profile) or a rectangular profile (binary structure).
  • sawtooth profile symmetrical triangular profile
  • rectangular profile binary structure
  • the lattice image according to the invention itself is preferably coated with a reflective or high refractive index material.
  • Reflective materials are all metals and many metal alloys. Examples of suitable high-index materials are CaS, CrO 2 , ZnS, TiO 2 or SiO x .
  • suitable high-index materials are CaS, CrO 2 , ZnS, TiO 2 or SiO x .
  • there is a significant difference in the refractive indices of the medium into which the grating image is introduced and the high refractive index material preferably the difference is even greater than 0.5.
  • the grid image may be generated in embedded or non-embedded configuration. For embedding, for example, PVC, PET, polyester or a UV lacquer layer are suitable.
  • the grid images according to the invention can be combined with other visual and / or machine-readable security features.
  • the grating image can be provided with further functional layers, such as polarizing, phase-shifting, conductive, magnetic or luminescent layers.
  • the grating image according to the invention is combined with a color-shifting thin-film structure.
  • the total area of the lattice image or only a partial area of the lattice image can be provided with the thin-film structure.
  • the thin-film structure can be made opaque or semitransparent and comprises at least three layers.
  • the layer structure may comprise a reflection layer, an absorber layer and a dielectric layer lying between these two layers.
  • the invention also includes a method for producing a grating image, in which
  • two or more achromatic grating fields are generated with a viewing angle-dependent visual appearance, each filled with an electromagnetic radiation influencing grid pattern of a plurality of straight graticules, wherein the grid pattern of the grid fields respectively by the grid pattern parameters orientation, spacing and
  • the grating fields are arranged in the substrate in the form of a predetermined motif, the grid fields are generated with grid patterns in which at least one of the grid pattern parameters orientation, spacing and profiling randomly varies with a given spread over the area of the grid field, so that the grid fields are each determined by the grid field parameters average orientation, orientation scatter, mean spacing, Spacing scattering, profiling and profiling of the grid lines are characterized, and that
  • the lattice patterns of the grating fields are coordinated so that changes within the educated motif at least the grid field parameter average orientation of grid field to grid field discretely.
  • a wide variety of vapor deposition methods are suitable for producing the above-mentioned, reflective, high-index and thin layers.
  • a methodological group is Physical Vapor Deposition (PVD) with Schiffchen vapor deposition, vapor deposition by resistance heating, vapor deposition by induction heating or electron beam vapor deposition, sputtering (DC or AC) and arc vapor deposition.
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • the vapor deposition can also take place as chemical vapor deposition (CVD), such as e.g. Sputtering in the reactive plasma or any other plasma-assisted evaporation method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the invention further comprises a security element with a lattice image of the type described above.
  • the security element may in particular be a security thread, a label or a transfer element.
  • the invention also includes a security paper with such a security element as well as a data carrier which is equipped with a lattice image, a security element or a security paper of the type described.
  • the data carrier can be a banknote, a value document, a passport, a passport or credit card or a document.
  • the described security element, security paper or data carrier can be used to secure objects of any kind.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a banknote with a security element according to the invention with an achromatic matt-texture lattice image appearing in the form of a relief;
  • FIG. 2 is a more detailed plan view of the security element of FIG.
  • 3 shows a section of a grating image according to an exemplary embodiment of the invention, in which, in the grating fields of the grating pattern parameter, random orientation varies over the surface of the grating field,
  • FIG. 4 shows a representation like FIG. 3 for an exemplary embodiment with greater orientation scattering
  • FIG. 5 shows the development of a relief-like image impression in (a) the reflection of radiation on a true relief and (b) the reproduction of such a relief structure by a grating image according to the invention
  • FIG. 6 shows a cross section through an inventive security element with thin-film structure.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a banknote 10 which has a security element according to the invention in the form of a glued-on transfer element 12.
  • the invention is not limited to transfer elements and banknotes, but can be used wherever lattice images can be used, for example in watch dials and costume jewelery, in labels on goods and packaging, in security elements on documents, passports, passports, Credit cards, health cards, etc.
  • security elements View elements also see-through elements, such as see-through windows, to equip with grid images in question.
  • the security element 12 includes an achromatic, relief-like matte structure grating image 20 having a plurality of grating panels 22 arranged to together form a predetermined relief-like motif ,
  • the grid fields 22 are arranged in the form of the number "5", which at the same time represents the denomination 14 of the banknote 10.
  • the grating fields 22 each have a grid pattern influencing electromagnetic radiation, which consists of a multiplicity of straight graticule lines 26, as shown by way of example on the basis of the grid field 24 shown in enlarged form.
  • the grid fields 22 are greatly enlarged in Fig. 2 for illustration and shown only in small numbers.
  • the illustrated subject 20 is typically formed of a plurality of grid panels 22 having a dimension of (100 x 100) ⁇ m 2 or less, such that the individual grid panels 22 are barely visible or unrecognizable to the naked eye.
  • the grating patterns of the grating fields 22, 24 consisting of straight grating lines 26 can be described by characteristic grating pattern parameters, in particular by the parameters orientation, spacing and profiling of the grating lines.
  • the parameter "orientation” indicates the azimuthal orientation of the individual grating lines 26 of a grating field 22, which can be expressed, for example, by an angle ⁇ with respect to a reference direction R.
  • the parameter "spacing” indicates the distance between adjacent grating lines 26, for example a lattice constant g can be expressed, and the parameter "professional L michmaschines the line profile P of the grid lines 26, for example, a sinusoidal line profile.
  • the grid fields 22, 24 each have a viewing angle-dependent, but not colored, but silvery matte visual appearance.
  • at least one of the grating pattern parameters "orientation”, “spacing” and “profiling” randomly varies with a given spread over the surface of the grating field the corresponding parameter of a particular probability function or density function obeys, as explained in more detail above.
  • the lattice fields 22, 24 can be described overall by the mean values of these parameters and their scattering.
  • the grating fields 22, 24 can be distinguished by the grating field parameters "average orientation” and “orientation scattering”, by the grating field parameters “average spacing” and “spacing spread” and by the grating field parameters “average profiling” and “profile profiling”. l michsstreuung "be characterized.
  • a grid pattern parameter within a grid field has no variation, then its dispersion is equal to zero. If, for example, the grid pattern parameter "orientation” has no variation in a grid field, then the value of the associated grid field parameter "average orientation” corresponds to the constant value of the grid pattern parameter "orientation” and the grid field parameter has "orientation scatter” the value zero.
  • the grid pattern parameter "orientation” follows, for example, a Gaussian normal distribution, the probability that a grid the line 26 has a certain orientation ⁇ , that is to say given by a density proportional to exp (- ( ⁇ - ⁇ m ) 2/2 ( ⁇ ) 2 ), the value of the associated grid field parameter "average orientation” corresponds to the mean value ⁇ m of all orientations, and the grating field parameter "Orientation Scattering" has the value ⁇ .
  • the value of the parameter "average orientation" defines a preferred direction of the respective grid field 22, 24, which, together with the values of the further parameters, determines a viewing area from which the grid field 22, 24 visually appears.
  • the viewing area can be defined, for example, by an angle range
  • the random pattern of at least one of the grating pattern parameters does not make the grating pattern a diffractive structure, but rather a matt structure, with the non-diffracting, but achromatic scattering effects forming the visual Appearance dominate, so that the grid pattern for the viewer essentially produces a non-colored, silvery matte appearance.
  • each grating field 22 of the motif 20 by a parameter set ( ⁇ m , ⁇ , gm, ⁇ g, P m , ⁇ P) with the parameters average orientation ⁇ m , orientation scatter ⁇ , average spacing g m , spacing scattering ⁇ g, average profiling P m and profiling dispersion ⁇ P characterized, wherein at least one of the scatters .DELTA..omega., .DELTA.g, .DELTA.P is different from zero and at least the parameter ⁇ m discretely changes within the formed motif 20 from grid array 22 to grid array 22.
  • FIG. 3 shows a detail of a grating image 30 according to an exemplary embodiment of the invention in which only the grating pattern parameter orientation of the grating lines 36 randomly varies in the grating fields over the surface of the respective grating field, while the grating constant and the line profile no variation exhibit.
  • the lattice constant of individual grid lines i. Due to the random variation of the grating pattern parameter, orientation is also substantially random, but the distance of adjacent lines averaged over the length of a grating field is constant, so that in the examples of FIGS. 3 and 4 also for simplifying the description of FIG constant lattice constant is spoken.
  • the constant spacing (mean spacing g m ) in the exemplary embodiment is 800 nm and a sinusoidal profile is chosen as the constant line profile P m at least the line profile has no variation, and at least the profiling dispersion ⁇ P is equal to zero.
  • FIG. 4 shows a detail of a grating image 40 according to a further exemplary embodiment of the invention, in which, as in FIG. 3, only the grating pattern parameter is oriented over the surface of the grating fields 42-1, 42-2, 42-3 and 42-4. 4 varies randomly.
  • the visual impression of the depicted motif 20 can vary widely between a strongly relief-like or lenticular impression (small values of orientation scatter ⁇ ) and an impression appearing rather flat and like a brushed surface (large values of the orientation dispersion ⁇ ) are set. If, in addition to the grid pattern parameter orientation, the spacing and / or the profiling also varies over the area of the grid fields, the scattering of these parameters also contributes to the visual impression. In general, larger scattering leads to a more flat and brushed impression, smaller scattering leads to a more relief-like or lens-like impression.
  • FIG. 5 shows schematically how an echoc- Depending on the local orientation of the relief 50, the incident radiation 50 is reflected in different reflection directions 54, thereby making the relief structure 50 recognizable to a viewer 56 as a three-dimensional structure.
  • FIG. 5 (b) The visual impression of such a relief structure 50 can be reproduced by a planar grid image 60 according to the invention, as illustrated in FIG. 5 (b).
  • the section of FIG. 5 (b) may represent, for example, a section through a matt-textured grid image, such as the matt-textured grid image 20 shown in FIG. 2.
  • a viewing direction 64 in which the incident radiation 52 is scattered, is determined by the selection of the parameters average orientation ⁇ m , average spacing g m , and mean profiling P m .
  • the width 66 of the viewing region into which the radiation is scattered is determined by the size of the scattering parameters ⁇ , ⁇ g and ⁇ P. Larger scattering leads to a broad viewing area 66, smaller scattering to a narrower viewing area 66.
  • the parameters ⁇ m / gm and P m of the grating fields 62 of the grating image 60 are just selected so that the viewing direction 64 of a grating field 62 coincides with the corresponding local reflection direction 54 Relief structure coincides.
  • the grid fields 62 are arranged in the form of the base of the relief structure 50 (predetermined motif)
  • the grid image 60 for the viewer 56 then appears with a relief-like visual impression predetermined by the three-dimensional shape of the relief structure 50.
  • the strength of the relief-like image impression is determined by the width of the viewing regions 66.
  • Narrow viewing regions 66 ie small values of the scattering parameters ⁇ , ⁇ g and ⁇ P, produce a pronounced relief-like image impression, while wider viewing regions 66, ie larger values of the scattering parameters ⁇ , ⁇ g and ⁇ P, produce a less pronounced relief impression.
  • a desired image impression for the grating image 60 can thus be set.
  • FIG. 6 shows a security element 70 with the grating image 20 according to the invention shown in FIG. 2 in cross section along the line A-A of the grating field 24, wherein a thin-film structure 76 is applied over the entire surface on the grating image 20.
  • a varnish 72 was applied to a transparent film material 71, into which the lattice image 20 was introduced.
  • a thin-film structure was vapor-deposited over the whole area, which in this case consists of an absorber layer 73, a high-index dielectric layer 74 and a reflective layer 75.
  • the layers of the thin film structure 76 were applied by the vacuum vapor method.
  • the layer sequence of the thin-film structure may also vary, so that z. B. on the lattice image, first a reflector layer and above a dielectric layer and an absorber layer can be arranged.
  • the combination of the security element according to the invention and a thin-film structure according to FIG. 5 allows the viewer extraordinarily appealing color-shift effects and at the same time increases the security against counterfeiting through the synergistic interaction of two security elements.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gitterbild mit zwei oder mehr achromatischen Gitterfeldern (22, 24) mit einem betrachtungswinkelabhängigen visuellen Erscheinungsbild, die jeweils ein elektromagnetische Strahlung beeinflussendes Gittermuster aus einer Vielzahl gerader Strichgitterlinien (26) enthalten. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Gitterfelder (22, 24) in Form eines vorbestimmten Motivs (20) angeordnet sind, - die Gittermuster durch die Gittermuster-Parameter Orientierung, Beabstandung und Profilierung der Gitterlinien (26) charakterisiert sind, - in den Gitterfeldern (22, 24) zumindest einer der Gittermuster-Parameter Orientierung, Beabstandung und Profilierung mit einer vorgegebenen Streuung über die Fläche des Gitterfelds zufällig variiert, so dass die Gitterfelder (22, 24) jeweils durch die Gitterfeld-Parameter mittlere Orientierung, Orientierungsstreuung, mittlere Beabstandung, Beabstandungsstreuung, Profilierung und Profilierungsstreuung der Gitterlinien (26) charakterisiert sind, und dass - innerhalb des vorbestimmten Motivs (20) sich zumindest der Gitterfeld-Parameter mittlere Orientierung von Gitterfeld (22, 24) zu Gitterfeld (22, 24) diskret ändert.

Description

Gitterbild mit achromatischen Gitterfeldern
Die Erfindung betrifft ein Gitterbild mit achromatischen Gitterfeldern. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Gitterbilds sowie ein Sicherheitselement, ein Sicherheitspapier und einen Datenträger mit einem solchen Gitterbild.
Zur Echtheitsabsicherung von Kreditkarten, Banknoten und anderen Wert- dokumenten werden seit einigen Jahren Hologramme, holographische Gitterbilder und andere hologrammähnliche Beugungsstrukturen eingesetzt. Im Banknoten- und Sicherheitsbereich werden im Allgemeinen holographische Beugungsstrukturen verwendet, die sich durch Prägung von holographisch erzeugten Gitterbildern in thermoplastisch verformbare Kunststoffe oder UV-härtbaren Lack auf Foliensubstraten herstellen lassen.
Echte Hologramme entstehen dabei durch Beleuchtung eines Objekts mit kohärentem Laserlicht und Überlagerung des von dem Objekt gestreuten Laserlichts mit einem unbeeinflussten Referenzstrahl in einer lichtempfindli- chen Schicht. Sogenannte holographische Beugungsgitter erhält man, wenn die in der lichtempfindlichen Schicht überlagerten Lichtstrahlen aus räumlich ausgedehnten, einheitlichen kohärenten Wellenfeldern bestehen. Die Einwirkung der überlagerten Wellenfelder auf die lichtempfindliche Schicht, wie etwa einen photographischen Film oder eine Photoresistschicht, erzeugt dort ein holographisches Beugungsgitter, das beispielsweise in Form heller und dunkler Linien in einem photographischen Film oder in Form von Bergen und Tälern in einer Photoresistschicht konserviert werden kann. Da die Lichtstrahlen in diesem Fall nicht durch ein Objekt gestreut worden sind, erzeugt das holographische Beugungsgitter lediglich einen optisch variablen Farbeindruck, jedoch keine Bilddarstellung. Auf Grundlage von holographischen Beugungsgittern lassen sich holographische Gitterbilder erzeugen, indem nicht die gesamte Fläche des lichtempfindlichen Materials mit einem einheitlichen holographischen Beugungsgitter belegt wird, sondern indem geeignete Masken verwendet wer- den, um jeweils nur Teile der Aufnahmefläche mit einem von mehreren verschiedenen einheitlichen Gittermustern zu belegen. Ein solches holographisches Gitterbild setzt sich aus mehreren Gitterfeldern mit unterschiedlichen Beugungsgittermustern zusammen, die in der Regel in flächiger, streifenförmiger oder pixelartiger Ausführung nebeneinander angeordnet sind. Durch geeignete Anordnung der Bereiche lässt sich mit einem derartigen holographischen Gitterbild eine Vielzahl unterschiedlicher Bildmotive darstellen. Die Beugungsgittermuster können dabei nicht nur durch direkte oder indirekte optische Überlagerung kohärenter Laserstrahlen, sondern auch mittels Elektronenstrahllithographie hergestellt werden. Häufig wird eine Muster beugungsstruktur erzeugt, die anschließend in eine Relief struktur umgesetzt wird. Diese Relief struktur kann als Präge Werkzeug verwendet werden.
In der Druckschrift WO 2005/071444 A2 sind Gitterfelder mit Strichgitterli- nien beschrieben, die durch die Parameter Orientierung, Krümmung, Beab- standung und Profilierung charakterisiert sind, wobei zumindest einer dieser Parameter über der Fläche des Gitterfelds variiert. Variiert zumindest einer der Parameter zufällig, so spricht man von sogenannten Mattstrukturen. Diese zeigen bei Betrachtung keine diffraktiven Effekte, sondern Streuef- fekte und weisen ein mattes, vorzugsweise keinerlei Farbigkeit zeigendes Erscheinungsbild auf. Die Mattstrukturen zeigen bei reinen Streueffekten aus allen Betrachtungswinkeln das gleiche Erscheinungsbild. Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gitterbild der eingangs genannten Art weiter zu verbessern und insbesondere unter Beibehaltung der bisherigen Vorteile Gitterbilder mit neuen optischen Effekten zu schaffen und/ oder die Fälschungssicherheit der Gitterbilder weiter zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch das Gitterbild mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Ein Herstellungsverfahren, ein Sicherheitselement, ein Sicherheitspapier sowie ein Datenträger mit einem solchen Gitterbild sind in den nebengeordneten Ansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der Erfindung weist ein gattungsgemäßes Gitterbild zwei oder mehr achromatische Gitterfelder mit einem betrachtungswinkelabhängigen visuel- len Erscheinungsbild auf, die jeweils ein elektromagnetische Strahlung beeinflussendes Gittermuster aus einer Vielzahl gerader Strichgitterlinien enthalten. Dabei ist vorgesehen, dass
die Gitterfelder in Form eines vorbestimmten Motivs angeordnet sind,
die Gittermuster der Gitterfelder jeweils durch die Gittermuster- Parameter Orientierung, Beabstandung, und Profilierung der Gitterlinien charakterisiert sind,
- in den Gitterfeldern zumindest einer der Gittermuster-Parameter Orientierung, Beabstandung und Profilierung mit einer vorgegebenen Streuung über die Fläche des Gitterfelds zufällig variiert, so dass die Gitterfelder jeweils durch die Gitterfeld-Parameter mittlere Orientierung, Orientierungsstreuung, mittlere Beabstandung, Beabstan- dungsstreuung, Profilierung und Profilierungsstreuung der Gitterlinien charakterisiert sind, und dass
innerhalb des vorbestimmten Motivs sich zumindest der Gitterfeld- Parameter mittlere Orientierung von Gitterfeld zu Gitterfeld diskret ändert.
Durch eine solche Gestaltung lassen sich Mattstruktur-Gitterbilder erzeugen, die das vorbestimmte Motiv für einen Betrachter mit einem relief- oder lin- senartigen dreidimensionalen Eindruck darstellen, wobei die Stärke des relief- oder linsenartigen dreidimensionalen Eindrucks in weitem Rahmen durch die Wahl der Streuungsparameter eingestellt werden kann, wie nachfolgend genauer erläutert.
Eine zufällige Variation eines Parameters bedeutet dabei im Sinne der Erfindung, dass der Parameter einer bestimmten Wahrscheinlichkeitsfunktion (bei diskreten Parametern) bzw. Dichtefunktion (bei kontinuierlichen Parametern) gehorcht, die für jeden Wert des Parameters die Auftretenswahrscheinlichkeit bzw. die Wahrscheinlichkeitsdichte dieses Werts angibt. Wird die Häufigkeit der Parameterwerte der Gesamtheit der Gitterlinien eines Gitterfelds betrachtet, so wird bei einer Auftragung dieser Häufigkeiten näherungsweise die zugehörige Wahrscheinlichkeitsfunktion bzw. Dichtefunktion dieses Parameters rekonstruiert. Der Parameterwert für eine bestimmte, beliebig herausgegriffene Gitterlinie lässt sich dagegen nicht auf offensichtli- che Weise vorhersagen.
Die Wahrscheinlichkeitsfunktionen bzw. Dichtefunktionen unterschiedlicher Parameter sind dabei grundsätzlich von einander unabhängig. In manchen Ausgestaltungen kann es sich jedoch anbieten, die Wahrscheinlichkeitsfunk- tionen bzw. Dichtefunktionen zweier oder mehrerer Parameter miteinander zu verknüpfen.
Die in Betracht kommenden Wahrscheinlichkeitsfunktionen bzw. Dichte- funktionen können sich über einen bestimmten Bereich erstrecken und dort konstant sein, können ein Maximum aufweisen, insbesondere symmetrisch oder asymmetrisch um dieses Maximum verteilt sein, können neben einem Maximum mindestens ein weiteres Nebenmaximum aufweisen, können mehrere etwa gleich hohe Maxima aufweisen, können diskret sein (Wahr- scheinlichkeitsfunktionen), d.h. die Gitterfelder weisen bezüglich des betrachteten Parameters nur bestimmte, diskrete Werte auf, können kontinuierlich oder quasikontinuierlich sein (Dichtefunktionen), d.h. es treten alle Werte in einem bestimmten kontinuierlichen Bereich auf, oder sie können auch bereichsweise kontinuierlich oder quasikontinuierlich und bereichsweise diskret sein.
Variiert ein Gittermuster-Parameter über die Fläche eines Gitterfelds zufällig, so kann das Gitterfeld durch den mittleren Wert dieses Parameters und dessen Streuung beschrieben werden. Auch ein nicht variierender Parameter kann durch einen mittleren Wert und eine Streuung beschrieben werden, indem für die Streuung der Wert Null gesetzt wird. Der mittlere Wert eines solchen Gitterfeld-Parameters ist dann gleich dem konstanten Wert des zugehörigen, nicht variierenden Gittermuster-Parameters.
Unter einer diskreten Änderung eines Parameters wird im Gegensatz zu einer kontinuierlichen Änderung eine sprunghafte Änderung um mindestens einen bestimmten Wert α>d verstanden. Beispielsweise kann in bevorzugten Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass sich der Gitterfeld-Parameter mittlere Orientierung innerhalb des vorbestimmten Motivs von einem Gitterfeld zu einem benachbarten Gitterfeld um mindestens 1° oder mindestens 2° oder um mindestens 5° ändert. Mit einer solchen diskreten Änderung ist stets eine Unstetigkeit an der Grenze benachbarter Gitterfelder verbunden, während kontinuierliche Änderungen in der Regel stetigen Übergängen entsprechen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in den Gitterfeldern der Gittermuster-Parameter Orientierung über die Fläche des Gitterfelds zufällig variiert, während die Profilierung der Gitterlinien in dieser Ausgestaltung konstant ist. Aufgrund der Variation des Gittermuster-Parameters Ori- entierung wird in der Regel auch der Gittermuster-Parameter Beabstandung in dieser Ausgestaltung variieren.
Mit Vorteil weisen die Gitterfeld-Parameter Orientierungsstreuung, Beab- standungsstreuung und Profilierungsstreuung in allen Gitterfeldern des vorbestimmten Motivs jeweils den gleichen Wert auf. Beispielsweise können die Parameter Orientierungsstreuung und Beabstandungsstreuung den über alle Gitterfelder konstanten Wert Δω = 2° aufweisen, während die Profilierungsstreuung in allen Gitterfeldern gleich Null ist. Die Stärke des reliefartigen visuellen Eindrucks ist in diesem Fall über das gesamte Motiv hinweg gleich. Es können jedoch in verschiedenen Motivbereichen auch unterschiedliche Werte für die Gitterfeld-Parameter Orientierungsstreuung, Beabstandungsstreuung und Profilierungsstreuung vorgesehen sein, so dass in verschiedenen Motivbereichen ein unterschiedlich starker Reliefeindruck entsteht. Beispielsweise können für die Gitterfeld-Parameter Orientierungs- Streuung und Beabstandungsstreuung jeweils zwei gleiche oder verschiedene Werte vorgesehen werden, so dass in einem ersten Motivbereich (erste Werte) ein starker Reliefeindruck und in einem zweiten Motivbereich (zweite Werte) ein schwacher Reliefeindruck entsteht. Die verschiedenen Motiv- bereiche können dabei auch mit Vorteil ineinander verschachtelt angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gitterbilds kann sich innerhalb des vorbestimmten Motivs neben dem Gittermuster-Parameter Orientierung auch der Gittermuster-Parameter Beabstandung der Gitterlinien von Gitterfeld zu Gitterfeld diskret ändern.
Mit Vorteil sind die Gitterfeld-Parameter Orientierungsstreuung, Beabstan- dungsstreuung und Profilierungsstreuung so gewählt, dass das vorbestimmte Motiv einen relief- oder linsenartigen dreidimensionalen Eindruck vermittelt. Dabei führen größere Werte der genannten Streuungsparameter zu einem flacheren Erscheinungsbild, kleiner Werte der Streuungsparameter zu einem stark reliefartigen bzw. linsenartigen Eindruck, wie weiter unten ge- nauer erläutert. Im Rahmen dieser Anmeldung werden unter „kleinen" Werten der Streuungsparameter Werte verstanden, die deutlich kleiner als die Werte der mittleren Beabstandung sind. Dies ist im Allgemeinen bei einem Wert eines Streuungsparameters der Fall, der etwa ein Zehntel des Wertes der mittleren Beabstandung in dem betrachteten Gitterfeld beträgt. Unter „großen" Werten der Streuungsparameter werden im Rahmen dieser Anmeldung Werte verstanden, die etwa den Werten der mittleren Beabstandung entsprechen.
Der Gitterfeld-Parameter mittlere Beabstandung liegt zweckmäßig zwischen 100 ran und 10 μm, bevorzugt zwischen 300 nm und 3000 ran, besonders bevorzugt zwischen 500 nm und 1600 nm. Der Wert des Gitterfeld-Parameters Orientierungsstreuung beträgt vorzugsweise weniger als +/- 10°, bevorzugt weniger als +/- 3°, besonders bevorzugt weniger als +/- 0,3°. Wertebereiche für die Beabstandungsstreuung lassen sich nicht in allgemeiner Form angeben, da diese von verschiedenen Parametern, wie z. B. der Größe des gewählten Motivs, der Größe der gesamten erfindungsgemäßen Gitterbildfläche und Gitterfelder, der Orientierungsstreuung etc. abhängt.
Die Ausdehnung der Gitterfelder liegt mit Vorteil in zumindest einer Dimension im Bereich oder unterhalb der Auflösungsgrenze des bloßen Auges, so dass die einzelnen Gitterfelder ohne Hilfsmittel gerade noch oder nicht mehr erkennbar sind. Die Gitterfelder können dazu insbesondere durch schmale Streifen mit einer Breite im Bereich oder unterhalb der Auflösungsgrenze des Auges oder durch kleine Flächenelemente beliebiger Form mit einer Größe im Bereich oder unterhalb der Auflösungsgrenze des Auges ausgebildet sind. In vorteilhaften Ausgestaltungen liegt die Ausdehnung der Gitterfelder in zumindest einer Dimension im Bereich von 100 μm oder dar- unter und liegt beispielsweise zwischen 10 μm und 30 μm.
Zweckmäßig weist jedes Gitterfeld des Gitterbilds eine Vorzugsrichtung auf, die einen Betrachtungsbereich festlegt, aus dem das achromatische Gitterfeld mit einem matten, vorzugsweise silbrigen Erscheinungsbild visuell in Er- scheinung tritt. Der Betrachtungsbereich ist dabei vorzugsweise durch einen Winkelbereich von etwa +/- 10°, bevorzugt von etwa +/- 3°, besonders bevorzugt von etwa +/- 1° um eine Vorzugsbetrachtungsrichtung gegeben. Ganz allgemein ist der vorstehend genannte Winkelbereich um die Vorzugsbetrachtungsrichtung insbesondere stark von der Geometrie des gewählten Gitterbilds und der Anzahl der gewählten Gitterfelder abhängig.
Die Gittermuster der achromatischen Gitterfelder sind vorzugsweise elekt- ronenstrahllithographisch erzeugt. Diese Technik ermöglicht es, Gittermuster herzustellen, bei denen für jede einzelne Gitterlinie die Parameter Orien- tierung, Beabstandung und Profilierung eindeutig vorgegeben werden können. Bei der Erzeugung eines Gitterfelds kann damit auch eine gewünschte Zufallsverteilung der Parameter Orientierung, Beabstandung und Profilierung der Gitterlinien mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeits- bzw. Dichtefunktion verwirklicht werden.
Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn die Strichgitterlinien eine Linienprofiltiefe zwischen etwa 100 nm und etwa 400 nm aufweisen. Das Verhältnis von Linienbreite zur mittleren Beabstandung in den Gitterfeldern beträgt vorteilhaft etwa 1:2. Die Strichgitterlinien weisen bevorzugt ein si- noidales Profil, symmetrisches Dreiecksprofil oder asymmetrisches Dreiecksprofil (Sägezahnprofil) oder ein Rechtecksprofil (Binärstruktur) auf. Selbstverständlich sind grundsätzlich auch beliebige andere Profile einsetzbar, wobei von den gesamten Profilen die Sägezahnprofile durch eine be- sonders hohe Leuchtkraft und die sinoidalen Profile durch eine verhältnismäßig zuverlässige Herstellung charakterisiert sind.
Das erfindungsgemäße Gitterbild selbst ist vorzugsweise mit einem reflektierenden oder hochbrechenden Material beschichtet. Als reflektierende Ma- terialien kommen alle Metalle und viele Metalllegierungen in Betracht. Beispiele für geeignete hochbrechende Materialien sind CaS, CrO2, ZnS, TiO2 oder SiOx. Vorteilhaft besteht ein signifikanter Unterschied in den Brechungsindizes des Mediums, in das das Gitterbild eingebracht ist, und des hochbrechenden Materials, vorzugsweise ist die Differenz sogar größer als 0,5. Das Gitterbild kann in eingebetteter oder nicht eingebetteter Ausgestaltung erzeugt werden. Zur Einbettung eignen sich beispielsweise PVC, PET, Polyester oder eine UV-Lackschicht. Selbstverständlich lassen sich die erfindungsgemäßen Gitterbilder mit weiteren visuellen und/ oder maschinenlesbaren Sicherheitsmerkmalen kombinieren. So kann das Gitterbild beispielsweise mit weiteren Funktionsschichten, wie etwa polarisierenden, phasenschiebenden, leitfähigen, magnetischen oder lumineszierenden Schichten ausgestattet werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Gitterbild mit einem farbkippenden Dünnschichtaufbau kombiniert. Dabei kann die Gesamtfläche des Gitterbildes oder auch nur eine Teilfläche des Gitterbildes mit dem Dünnschichtaufbau versehen werden. Der Dünnschichtaufbau kann je nach Anwendung opak oder auch semitransparent ausgeführt werden und umfasst mindestens drei Schichten. Beispielsweise kann der Schichtaufbau eine Reflexionsschicht, eine Absorberschicht und eine zwischen diesen beiden Schichten liegende Dielektrikumsschicht um- fassen.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Herstellen eines Gitterbilds, bei dem
- in einem Substrat zwei oder mehr achromatische Gitterfelder mit einem betrachtungswinkelabhängigen visuellen Erscheinungsbild erzeugt werden, die jeweils mit einem elektromagnetische Strahlung beeinflussenden Gittermuster aus einer Vielzahl gerader Strichgitterlinien gefüllt werden, wobei die Gittermuster der Gitterfelder jeweils durch die Gittermuster-Parameter Orientierung, Beabstandung und
Profilierung der Gitterlinien charakterisiert sind,
die Gitterfelder in dem Substrat in Form eines vorbestimmten Motivs angeordnet werden, die Gitterfelder mit Gittermustern erzeugt werden, bei denen zumindest einer der Gittermuster-Parameter Orientierung, Beabstandung und Profilierung mit einer vorgegebenen Streuung über die Fläche des Gitterfelds zufällig variiert, so dass die Gitterfelder jeweils durch die Gitterfeld-Parameter mittlere Orientierung, Orientierungsstreuung, mittlere Beabstandung, Beabstandungsstreuung, Profilierung und Profilierungsstreuung der Gitterlinien charakterisiert sind, und dass
- die Gittermuster der Gitterfelder so aufeinander abgestimmt werden, dass sich innerhalb des gebildeten Motivs zumindest der Gitterfeld- Parameter mittlere Orientierung von Gitterfeld zu Gitterfeld diskret ändert.
Unterschiedlichste Bedampf ungsverfahren sind zur Erzeugung der weiter oben genannten, reflektierenden, hochbrechenden und Dünnschichten geeignet. Eine methodische Gruppe bildet Physical Vapor Deposition (PVD) mit Schiffchenbedampfung, Bedampfung durch Widerstandsheizung, Bedampfung durch Induktionsheizung oder auch Elektronenstrahlbedamp- fung, Sputtern (DC oder AC) und Lichtbogenbedampfung. Andererseits kann die Bedampfung auch als Chemical Vapor Deposition (CVD) erfolgen, wie z.B. Sputtern im reaktiven Plasma oder jede andere plasmaunterstützte Bedampfungsart. Es besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, Dielektrikumsschichten aufzudrucken.
Die weiter oben genannte Kombination von achromatischen Gitterbereichen und farbkippenden Dünnschichtaufbauten ist sehr schwer zu fälschen, da die Technologien zur Herstellung dieser Elemente äußerst schwer zu beschaffen sind. Darüber hinaus kann das Design der achromatischen Gitterbe- reiche und des Dünnschichtaufbaus aufeinander genau abgestimmt werden, so dass völlig neuartige optische Effekte erzielt werden können.
Die Erfindung umfasst ferner ein Sicherheitselement mit einem Gitterbild der oben beschriebenen Art. Das Sicherheitselement kann insbesondere ein Sicherheitsfaden, ein Etikett oder ein Transferelement sein. Die Erfindung umfasst auch ein Sicherheitspapier mit einem solchen Sicherheitselement sowie einen Datenträger, der mit einem Gitterbild, einem Sicherheitselement oder einem Sicherheitspapier der beschriebenen Art ausgestattet ist. Bei dem Datenträger kann es sich insbesondere um eine Banknote, ein Wertdokument, einen Pass, eine Ausweis- oder Kreditkarte oder eine Urkunde handeln. Das beschriebene Sicherheitselement, Sicherheitspapier oder der Datenträger kann zur Absicherung von Gegenständen beliebiger Art eingesetzt werden.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maß- stabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement mit einem achromatischen, reliefartig erscheinenden Mattstruktur-Gitterbild,
Fig. 2 eine detailliertere Aufsicht auf das Sicherheitselement der Fig.
1, wobei eines der Gitterfelder des Gitterbilds vergrößert dargestellt ist, Fig. 3 einen Ausschnitt eines Gitterbilds nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem in den Gitterfeldern der Gittermuster-Parameter Orientierung über die Fläche des Gitterfelds zufällig variiert,
Fig. 4 eine Darstellung wie Fig. 3 für ein Ausführungsbeispiel mit größerer Orientierungsstreuung,
Fig. 5 zur Erläuterung der Entstehung eines reliefartigen Bildein- drucks in (a) die Reflexion von Strahlung an einem echten Relief und in (b) die Nachbildung einer solchen Reliefstruktur durch ein erfindungsgemäßes Gitterbild, und
Fig. 6 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Sicherheits- element mit Dünnschichtaufbau.
Die Erfindung wird nun am Beispiel einer Banknote erläutert. Fig. 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10, die ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement in Form eines aufgeklebten Transferelements 12 aufweist.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf Transferelemente und Banknoten beschränkt ist, sondern überall eingesetzt werden kann, wo Gitterbilder zur Anwendung kommen können, beispielsweise bei Uhrenzifferblättern und Modeschmuck, bei Etiketten auf Waren und Verpackungen, bei Sicherheitselementen auf Dokumenten, Ausweisen, Pässen, Kreditkarten, Gesundheitskarten usw. Bei Banknoten und ähnlichen Dokumenten kommen beispielsweise außer Transferelementen auch Sicherheitsfäden und außer Auf- sichtselementen auch Durchsichtselemente, wie Durchsichtsfenster, zur Ausstattung mit Gitterbildern infrage.
Wie in der detaillierteren Aufsicht auf das Sicherheitselement 12 der Fig. 2 dargestellt, enthält das Sicherheitselement 12 ein achromatisches, reliefartig erscheinendes Mattstruktur-Gitterbild 20 mit einer Vielzahl von Gitterfeldern 22, die so angeordnet sind, dass sie zusammen ein vorbestimmtes, reliefartig erscheinendes Motiv bilden. Im Ausführungsbeispiel sind die Gitterfelder 22 in Form der Ziffer „5" angeordnet, die zugleich die Denomination 14 der Banknote 10 darstellt.
Die Gitterfelder 22 weisen jeweils ein elektromagnetische Strahlung beeinflussendes Gittermuster auf, das aus einer Vielzahl gerader Strichgitterlinien 26 besteht, wie anhand des vergrößert dargestellten Gitterfelds 24 beispiel- haft gezeigt. Die Gitterfelder 22 sind in Fig. 2 zur Illustration stark vergrößert und nur in kleiner Zahl dargestellt. In der Praxis ist das dargestellte Motiv 20 typischerweise aus einer Vielzahl von Gitterfeldern 22 mit einer Abmessung von (100 x 100) μm2 oder weniger gebildet, so dass die einzelnen Gitterfelder 22 mit bloßem Auge gerade noch oder nicht erkennbar sind.
Die aus geraden Strichgitterlinien 26 bestehenden Gittermuster der Gitterfelder 22, 24 können durch charakteristische Gittermuster-Parameter beschrieben werden, insbesondere durch die Parameter Orientierung, Beab- standung und Profilierung der Gitterlinien. Der Parameter „Orientierung" gibt dabei die azimutale Orientierung der einzelnen Gitterlinien 26 eines Gitterfelds 22 an, die beispielsweise durch einen Winkel ω bezogen auf eine Referenzrichtung R ausgedrückt werden kann. Der Parameter „Beabstandung" gibt den Abstand benachbarter Gitterlinien 26 an, der beispielsweise durch eine Gitterkonstante g ausgedrückt werden kann, und der Parameter „Profi- lierung" beschreibt das Linienprofil P der Gitterlinien 26, beispielsweise ein sinusförmiges Linienprofil.
Die Gitterfelder 22, 24 weisen jeweils ein betrachtungswinkelabhängiges, jedoch nicht farbiges, sondern silbrigmattes visuelles Erscheinungsbild auf. Um ein derartiges Erscheinungsbild zu erhalten, ist vorgesehen, dass in jedem Gitterfeld zumindest einer der Gittermuster-Parameter „Orientierung", „Beabstandung" und „Profilierung" mit einer vorgegebenen Streuung über der Fläche des Gitterfelds zufällig variiert. Eine zufällige Variation bedeutet dabei, dass der entsprechende Parameter einer bestimmten Wahrscheinlichkeitsfunktion oder Dichtefunktion gehorcht, wie oben genauer erläutert.
Bei einer solchen zufälligen Variation der Gittermuster-Parameter innerhalb der Gitterfelder 22, 24 können die Gitterfelder 22, 24 insgesamt durch die mittleren Werte dieser Parameter und deren Streuungen beschrieben werden. Insbesondere können die Gitterfelder 22, 24 durch die Gitterfeld- Parameter „mittlere Orientierung" und „Orientierungsstreuung", durch die Gitterfeld-Parameter „mittlere Beabstandung" und „Beabstandungsstreu- ung" und durch die Gitterfeld-Parameter „mittlere Profilierung" und „Profi- lierungsstreuung" charakterisiert werden.
Weist ein Gittermuster-Parameter innerhalb eines Gitterfelds keine Variation auf, so ist dessen Streuung gleich Null. Weist beispielsweise der Gittermuster-Parameter „Orientierung" in einem Gitterfeld keine Variation auf, so ent- spricht der Wert des zugehörigen Gitterfeld-Parameters „mittlere Orientierung" dem konstanten Wert des Gittermuster-Parameters „Orientierung" und der Gitterfeld-Parameter „Orientierungsstreuung" hat den Wert Null. Folgt andererseits der Gittermuster-Parameter „Orientierung" beispielsweise einer gaußschen Normalverteilung, ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Git- terlinie 26 eine bestimmte Orientierung ω aufweist, also durch eine Dichte proportional zu exp(-(ω -ωm)2/2(Δω) 2) gegeben ist, so entspricht der Wert des zugehörigen Gitterfeld-Parameters „mittlere Orientierung" dem Mittelwert ωm aller Orientierungen, und der Gitterfeld-Parameter „Orientierungs- Streuung" hat den Wert Δω.
Der Wert des Parameters „mittlere Orientierung" legt eine Vorzugsrichtung des jeweiligen Gitterfelds 22, 24 fest, die zusammen mit den Werten der weiteren Parameter einen Betrachtungsbereich bestimmt, aus dem das Gitterfeld 22, 24 visuell in Erscheinung tritt. Der Betrachtungsbereich kann beispielsweise durch einen Winkelbereich von +/- 10° um eine Vorzugsbetrachtungsrichtung gegeben sein. Wie oben bereits erläutert, bildet das Gittermuster durch die zufällige Variation zumindest eines der Gittermuster-Parameter keine diffraktive Struktur, sondern eine Mattstruktur, bei der nicht diffrakti- ve, sondern achromatische Streueffekte das visuelle Erscheinungsbild dominieren, so dass das Gittermuster für den Betrachter im Wesentlichen ein nicht farbiges, silbrigmattes Erscheinungsbild erzeugt.
Zurückkommend auf die Darstellung der Fig. 2 sind in dem Gitterfeld 24 zur Illustration Gitterlinien 26 gezeigt, deren Orientierungen mit einer Orientierungsstreuung von Δω = 2° zufällig um eine mittlere Orientierung ωm = 10°, bezogen auf die Referenzrichtung R, schwanken.
Um das reliefartig erscheinende Motiv 20 zu erzeugen, ändert sich zumin- dest der Parameter „mittlere Orientierung" der Gitterlinien erfindungsgemäß von Gitterfeld 22 zum benachbarten Gitterfeld 22 diskret, das heißt, der Parameter „mittlere Orientierung" ändert sich von einem Gitterfeld zu einem benachbarten Gitterfeld sprunghaft um mindestens einen bestimmten Wert ωd, beispielsweise um mindestens ωd = 2°, also z. B. etwa 5°. Insgesamt ist somit jedes Gitterfeld 22 des Motivs 20 durch einen Parametersatz (ωm, Δω, gm, Δg, Pm, ΔP) mit den Parametern mittlere Orientierung ωm, Orientierungsstreuung Δω, mittlere Beabstandung gm, Beabstandungsstreu- ung Δg, mittlere Profilierung Pm und Profilierungsstreuung ΔP charakteri- siert, wobei zumindest eine der Streuungen Δω, Δg, ΔP von Null verschieden ist und sich zumindest der Parameter ωm innerhalb des gebildeten Motivs 20 von Gitterfeld 22 zu Gitterfeld 22 diskret ändert.
Fig. 3 zeigt dazu einen Ausschnitt eines Gitterbilds 30 nach einem Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung, bei dem in den Gitterfeldern jeweils nur der Gittermuster-Parameter Orientierung der Gitterlinien 36 über die Fläche des jeweiligen Gitterfelds zufällig variiert, während die Gitterkonstante und das Linienprofil keine Variation aufweisen. Im beschriebenen Fall variiert die Gitterkonstante einzelner Gitterlinien, d.h. benachbarter Gitterlinien, auf- grund der zufälligen Variation des Gittermuster-Parameters Orientierung im Wesentlichen ebenfalls zufällig, allerdings ist der über die Länge eines Gitterfeldes gemittelte Abstand benachbarter Linien konstant, so dass in den Beispielen der Figuren 3 und 4 auch zur Vereinfachung der Beschreibung von einer konstanten Gitterkonstante gesprochen wird.
In den beispielhaft gezeigten vier Gitterfeldern 32-1, 32-2, 32-3 und 32-4 weist der Gitterfeld-Parameter „mittlere Orientierung" beispielsweise die Werte ωm,i = 0°, ωm,2 = -5°, ωm,3 = +5° und ωm,4 = -10°, jeweils bezogen auf die Referenzrichtung R, auf. Der Wert des Gitterfeld-Parameters Orientierungs- Streuung Δω ist dabei in allen Gitterfeldern gleich und hat im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 den sehr kleinen Wert von Δω = 0,01°. Die konstante Beabstandung (mittlere Beabstandung gm) liegt im Ausführungsbeispiel bei 800 nm und als konstantes Linienprofil Pm ist ein Sinusprofil gewählt. Da zumindest das Linienprofil keine Variation aufweist, ist auch zumindest die Profilierungsstreuung ΔP gleich Null.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt eines Gitterbilds 40 nach einem weiteren Aus- führungsbeispiel der Erfindung, bei dem wie in Fig. 3 nur der Gittermuster- Parameter Orientierung über die Fläche der Gitterfelder 42-1, 42-2, 42-3 und 42-4 zufällig variiert. Die Werte des Gitterfeld-Parameters mittlere Orientierung entsprechen dabei den Werten der Gitterfelder 32-1, 32-2, 32-3 und 32-4 der Fig. 3, betragen also ωm,i = 0°, ωm,2 = -5°, ωm,3 = +5° und ωm,4 = -10°, be- zogen auf die Referenzrichtung R. Auch der Gitterfeld-Parameter Orientierungsstreuung Δω ist in allen Gitterfeldern gleich, weist allerdings im Unterschied zur Gestaltung der Fig. 3 den wesentlich höherer Wert Δω = 5° auf.
Durch geeignete Wahl des Werts des Gitterfeld-Parameters Orientierungs- Streuung Δω kann der visuelle Eindruck des dargestellten Motivs 20 in weitem Bereich zwischen einem stark reliefartigen bzw. linsenartigen Eindruck (kleine Werte der Orientierungsstreuung Δω) und einem eher flach und wie eine gebürstete Oberfläche erscheinenden Eindruck (große Werte der Orientierungsstreuung Δω) eingestellt werden. Variiert neben dem Gittermuster- Parameter Orientierung auch die Beabstandung und/ oder die Profilierung über die Fläche der Gitterfelder, so tragen auch die Streuungen dieser Parameter zum visuellen Eindruck bei. Allgemein gilt dabei, dass größere Streuungen zu einem eher flach und gebürstet wirkenden Eindruck, kleinere Streuungen zu einem stärker reliefartigen bzw. linsenartigen Eindruck füh- ren.
Das Entstehen eines reliefartigen Bildeindrucks durch Streuung an den Mattstrukturen der ebenen Gitterfelder ist nunmehr mit Bezug auf Fig. 5 erläutert. Zunächst zeigt der Querschnitt der Fig. 5(a) schematisch, wie ein ech- tes Relief 50 einfallende Strahlung 52 je nach der lokalen Orientierung des Reliefs 50 in verschiedene Reflexionsrichtungen 54 reflektiert und dadurch die Reliefstruktur 50 für einen Betrachter 56 als dreidimensionales Gebilde erkennbar macht.
Der visuelle Eindruck einer derartigen Reliefstruktur 50 kann durch ein erfindungsgemäßes ebenes Gitterbild 60 nachgebildet werden, wie in Fig. 5(b) illustriert. Der Ausschnitt der Fig. 5(b) kann beispielsweise einen Schnitt durch ein Mattstruktur-Gitterbild wie das in Fig. 2 gezeigte Mattstruktur- Gitterbild 20 darstellen.
In den achromatischen Gitterfeldern 62 des Gitterbilds 60 ist durch die Wahl der Parameter mittlere Orientierung ωm, mittlere Beabstandung gm, und mittlere Profilierung Pm jeweils eine Betrachtungsrichtung 64 festgelegt, in die die einfallende Strahlung 52 gestreut wird. Die Breite 66 des Betrachtungsbereichs, in den die Strahlung gestreut wird, ist dabei durch die Größe der Streuungsparameter Δω, Δg und ΔP festgelegt. Größere Streuungen führen dabei zu einem breiten Betrachtungsbereich 66, kleinere Streuungen zu einem schmäleren Betrachtungsbereich 66.
Um die Reliefstruktur 50 der Fig. 5(a) als vorgegebenes Motiv nachzubilden, sind die Parameter ωm/ gm und Pm der Gitterfelder 62 des Gitterbilds 60 gerade so gewählt, dass die Betrachtungsrichtung 64 eines Gitterfelds 62 mit der entsprechenden lokalen Reflexionsrichtung 54 der Reliefsstruktur zu- sammenfällt. Bei Anordnung der Gitterfelder 62 in Form der Grundfläche der Reliefsstruktur 50 (vorgegebenes Motiv) erscheint das Gitterbild 60 für den Betrachter 56 dann mit einem von der dreidimensionalen Gestalt der Reliefstruktur 50 vorgegebenen, reliefartigen visuellen Eindruck. Die Stärke des reliefartigen Bildeindrucks wird dabei durch die Breite der Betrachtungsbereiche 66 bestimmt. Schmale Betrachtungsbereiche 66, also kleine Werte der Streuungsparameter Δω, Δg und ΔP, erzeugen einen stark ausgeprägten reliefartigen Bildeindruck, während breitere Betrachtungsbe- reiche 66, also größere Werte der Streuungsparameter Δω, Δg und ΔP, einen weniger starken Reliefeindruck erzeugen. Durch geeignete Wahl der Parameter Orientierungsstreuung, Beabstandungsstreuung und Profilierungs- streuung kann so ein gewünschter Bildeindruck für das Gitterbild 60 eingestellt werden.
Fig. 6 zeigt ein Sicherheitselement 70 mit dem in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Gitterbild 20 im Querschnitt entlang der Linie A-A des Gitterfelds 24, wobei auf dem Gitterbild 20 ein Dünnschichtaufbau 76 vollflächig aufgebracht ist. In der vorliegenden Ausführungsform wurde auf ein transparentes Folienmaterial 71 ein Lack 72 aufgebracht, in den das Gitterbild 20 eingebracht wurde. Darüber wurde vollflächig ein Dünnschichtaufbau aufgedampft, der in diesem Fall aus einer Absorberschicht 73, einer hochbrechenden dielektrischen Schicht 74 und einer reflektierenden Schicht 75 besteht. Die Schichten des Dünnschichtaufbaus 76 wurden im Vakuum- dampfverfahren aufgebracht. Abhängig von der Anordnung des Sicherheitselements auf oder in dem zu schützenden Datenträger kann die Schichtenfolge des Dünnschichtaufbaus auch variieren, so dass z. B. auf dem Gitterbild zunächst eine Reflektorschicht und darüber eine dielektrische Schicht und eine Absorberschicht angeordnet sein können. Die Kombination des er- findungsgemäßen Sicherheitselements und eines Dünnschichtaufbaus gemäß Fig. 5 ermöglicht für den Betrachter außerordentlich ansprechende Farbkippeffekte und erhöht gleichzeitig die Fälschungssicherheit durch das synergistische Zusammenwirken zweier Sicherheitselemente.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Gitterbild mit zwei oder mehr achromatischen Gitterfeldern mit einem betrachtungswinkelabhängigen visuellen Erscheinungsbild, die jeweils ein elektromagnetische Strahlung beeinflussendes Gittermuster aus einer Vielzahl gerader Strichgitterlinien enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass
die Gitterfelder in Form eines vorbestimmten Motivs angeordnet sind,
- die Gittermuster der Gitterfelder jeweils durch die Gittermuster- Parameter Orientierung, Beabstandung und Profilierung der Gitterlinien charakterisiert sind,
in den Gitterfeldern zumindest einer der Gittermuster-Parameter Ori- entierung, Beabstandung und Profilierung mit einer vorgegebenen
Streuung über die Fläche des Gitterfelds zufällig variiert, so dass die Gitterfelder jeweils durch die Gitterfeld-Parameter mittlere Orientierung, Orientierungsstreuung, mittlere Beabstandung, Beabstan- dungsstreuung, Profilierung und Profilierungsstreuung der Gitterli- nien charakterisiert sind, und dass
innerhalb des vorbestimmten Motivs sich zumindest der Gitterfeld- Parameter mittlere Orientierung von Gitterfeld zu Gitterfeld diskret ändert.
2. Gitterbild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Gitterfeldern der Gittermuster-Parameter Orientierung und im Wesentlichen auch der Gittermuster-Parameter Beabstandung über die Fläche des Gitterfelds zufällig variieren.
3. Gitterbild nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterfeld-Parameter Orientierungsstreuung, Beabstandungsstreuung und Profilierungsstreuung in allen Gitterfeldern des vorbestimmten Motivs jeweils den gleichen Wert oder jeweils mehrere bestimmte Werte aufweisen.
4. Gitterbild nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich innerhalb des vorbestimmten Motivs neben dem Gittermuster-Parameter Orientierung auch der Gittermuster-Parameter Beabstandung der Gitterlinien von Gitterfeld zu Gitterfeld diskret ändert.
5. Gitter bild nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gitterfeld-Parameter mittlere Orientierung innerhalb des vorbestimmten Motivs von einem Gitterfeld zu einem benachbarten Gitterfeld um etwa 0,01° bis über etwa 3° ändert.
6. Gitterbild nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gitterfeld-Parameter mittlere Beabstandung zwischen 300 ran und 3000 nm, vorzugsweise zwischen 500 nm und 1600 nm liegt.
7. Gitterbild nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterfeld-Parameter Orientierungsstreuung, Beabstandungsstreuung und Profilierungsstreuung so gewählt sind, dass das vorbestimmte Motiv einen relief- oder linsenartigen dreidimensionalen Ein- druck vermittelt.
8. Gitterbild nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Gitterfeld-Parameters Orientierungsstreu- ung weniger als +/- 10°, bevorzugt weniger als +/- 3°, besonders bevorzugt weniger als +/- 0,3° beträgt.
9. Gitterbild nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Ausdehnung der Gitterfelder in zumindest einer
Dimension im Bereich oder unterhalb der Auflösungsgrenze des bloßen Auges liegt, insbesondere unterhalb von 100 μm liegt.
10. Gitterbild nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitter- felder durch schmale Streifen mit einer Breite im Bereich oder unterhalb der
Auflösungsgrenze des Auges oder durch kleine Flächenelemente beliebiger Form mit einer Größe im Bereich oder unterhalb der Auflösungsgrenze des Auges ausgebildet sind.
11. Gitterbild nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gitterfeld eine Vorzugsrichtung aufweist, die einen Betrachtungsbereich festlegt, aus dem das achromatische Gitterfeld mit einem matten, vorzugsweise silbrigen Erscheinungsbild visuell in Erscheinung tritt.
12. Gitterbild nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrachtungsbereich durch einen Winkelbereich von etwa +/- 10°, bevorzugt von etwa +/- 3°, besonders bevorzugt von etwa +/-1° um eine Vorzugsbetrachtungsrichtung gegeben ist.
13. Gitterbild nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strichgitterlinien in den Gitterfeldern ein symmetrisches oder asymmetrisches Dreiecksprofil oder sinoidales Profil aufweisen.
14. Gitterbild nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitterbild mit einem reflektierenden oder hochbrechenden Material beschichtet ist.
15. Gitterbild nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitterbild einen farbkippenden Dünnschichtaufbau aufweist.
16. Verfahren zum Herstellen eines Gitterbilds, bei dem
in einem Substrat zwei oder mehr achromatische Gitterfelder mit einem betrachtungswinkelabhängigen visuellen Erscheinungsbild erzeugt werden, die jeweils mit einem elektromagnetische Strahlung beeinflussenden Gittermuster aus einer Vielzahl gerader Strichgitter- linien gefüllt werden, wobei die Gittermuster der Gitterfelder jeweils durch die Gittermuster-Parameter Orientierung, Beabstandung und Profilierung der Gitterlinien charakterisiert sind,
die Gitterfelder in dem Substrat in Form eines vorbestimmten Motivs angeordnet werden,
die Gitterfelder mit Gittermustern erzeugt werden, bei denen zumindest einer der Gittermuster-Parameter Orientierung, Beabstandung und Profilierung mit einer vorgegebenen Streuung über die Fläche des Gitterfelds zufällig variiert, so dass die Gitterfelder jeweils durch die Gitterfeld-Parameter mittlere Orientierung, Orientierungsstreuung, mittlere Beabstandung, Beabstandungsstreuung, Profilierung und Profilierungsstreuung der Gitterlinien charakterisiert sind, und dass die Gittermuster der Gitterfelder so aufeinander abgestimmt werden, dass sich innerhalb des gebildeten Motivs zumindest der Gitterfeld- Parameter mittlere Orientierung von Gitterfeld zu Gitterfeld diskret ändert.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterfelder elektronenstrahllithographisch erzeugt werden.
18. Sicherheitselement mit einem Gitterbild nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15 oder einem nach wenigstens einem der Ansprüche 16 oder 17 hergestellten Gitterbild.
19. Sicherheitselement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement ein Sicherheitsfaden, ein Etikett oder ein Transfer- element ist.
20. Sicherheitspapier mit einem Gitterbild nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, mit einem nach wenigstens einem der Ansprüche 16 oder 17 hergestellten Gitterbild oder einem Sicherheitselement nach An- spruch 18 oder 19.
21. Datenträger mit einem Gitterbild nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, mit einem nach wenigstens einem der Ansprüche 16 oder 17 hergestellten Gitterbild, einem Sicherheitselement nach Anspruch 18 oder 19 oder einem Sicherheitspapier nach Anspruch 20.
22. Datenträger nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträger eine Banknote, ein Wertdokument, ein Pass, eine Ausweis- oder Kreditkarte oder eine Urkunde ist.
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