CH690232A5 - Flächenmuster. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft ein Flächenmuster und ein Verfahren der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 8 genannten Art. 



  Solche Flächenmuster weisen in der Flächenform strukturlose, optisch diffraktive Bildelemente auf, die in ihrer Gesamtheit ein Muster bilden, und dienen als Sicherheitselemente zur Beglaubigung der Echtheit eines Gegenstandes. 



  Flächenmuster sind aus der europäischen Patentanmeldung EP 537 439 A1 bekannt, welche allerdings einen Bildaufbau aus visuell erkennbaren, geometrischen Formen mit optisch diffraktiven Reliefstrukturen aufweisen. Die in der europäischen Patentanmeldung EP 375 833 A1 beschriebenen Flächenmuster sind aus strukturlosen Bildelementen aufgebaut. Allen Flächenmustern mit Beugungsgittern ist die Eigenschaft gemeinsam, dass die Flächenmuster je nach Betrachtungsrichtung ein unterschiedliches, sich durch seine Lichtintensität von der Umgebung abhebendes Muster erkennen lassen. 



  Aus der britischen Anmeldung GB-A 2 136 352 ist ein Verfahren zur Herstellung eines semitransparenten, optischen Sicherheitselements bekannt. Nach dem Prägen von Reliefstrukturen in eine Oberfläche einer Kunststofffolie und dem vollflächigen Metallisieren der geprägten Oberfläche werden Teile der Metallschicht mit einem Schutzlack überzogen und mit einem Ätzmittel die ungeschützten Teile der Metallschicht entfernt. Die Teilflächen des Sicherheitselements ohne Metallschicht sind transparent, während in den übrigen Teilen die Metallschicht auf den Reliefstrukturen einfallendes Licht beugt und reflektiert. 



  Ausgehend von einem Zwischenprodukt, das eine Kunststofffolie mit eingeprägten und vollflächig metallisierten Reliefstrukturen ist, beschreibt die europäische Patentanmeldung EP 758 587 A1 das direkte drucktechnische Auftragen des Ätzmittels auf die Metallschicht in vorbestimmten Flächen. Das Ätzmittel entfernt die reflektierende Metallschicht in diesen Flächen, die dadurch transparent werden und nicht mehr fähig sind, Licht zu beugen. Auf den nicht mit dem Ätzmittel behandelten Flächen bleibt das Vermögen erhalten, Licht an den Reliefstrukturen zu beugen oder an glatten Flächen zu spiegeln. Schliesslich wird die Kunststofffolie mit einem transparenten Schutzlack vollflächig so überzogen, dass die Teile der Reflexionsschicht im Kunststofflaminat des Sicherheitselements eingebettet sind. 



  Die europäische Patentanmeldung EP 201 323 A2 enthält eine Zusammenstellung von allen bekannten Materialien, die für die Herstellung von Kunststofflaminaten mit beugungsoptischen Reliefstrukturen geeignet sind. Die Angaben umfassen insbesondere auch den Brechungsindex. 



  Die Sicherheitselemente der genannten Art sind kostengünstig nur in grossen Stückzahlen herzustellen, für Unikate oder Kleinserien ist der Aufwand prohibitiv. 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitselement mit einem teilmetallisierten Flächenmuster zu schaffen, das auch für Unikate in der Herstellung kostengünstig ist. 



  Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 8 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. 



  Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen dargestellt und näher beschrieben. 



  Es zeigen 
 
   Fig. 1 ein Zwischenprodukt, 
   Fig. 2 eine Anordnung von Transparentflächen und Bildelementen mit Reliefstrukturen, 
   Fig. 3 ein Sicherheitselement im Querschnitt, 
   Fig. 4 eine Vorrichtung zum Ätzen von Mustern, 
   Fig. 5 die Erzeugung eines Musters, 
   Fig. 6 eine Sicherheitsmarke und 
   Fig. 7 ein Flächenmuster. 
 



  Die Fig. 1 zeigt in einem vergrösserten Ausschnitt eine mit einer transparenten Lackschicht 1 beschichtete bandförmige Trägerfolie 2. Die freie Oberfläche der Lackschicht 1 ist mit einer Reflexionsschicht 3 überzogen. Die Lackschicht 1 und die Trägerfolie 2 können eine Zwischenschicht 5 einschliessen. Die Trägerfolie 2 verleiht den aufgetragenen Schichten eines Laminats 4 die für die Ausführung der weiteren Herstellungsschritte notwendige mechanische Festigkeit. Im Handel sind solche beschichtete Trägerfolien 2 als Rollen in verschiedenen Breiten mit oder ohne Reflexionsschicht 3 erhältlich, die als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Flächenmustern dienen können. 



  Die Trägerfolie 2, beispielsweise ein 10 bis 50 Mikrometer dickes Polyesterband, wird zunächst einseitig mit der Zwischenschicht 5 aus einer wachsartigen Substanz von 0,1 bis 0,4 Mikrometer Dicke  beschichtet. Die Zwischenschicht 5 wird anschliessend mit wenigstens einer Lackschicht 1 von einer Dicke im Bereich von 1 bis 5 Mikrometern überzogen. Mit Vorteil wird ein Lack auf Acrylbasis verwendet. Wie weiter unten ausgeführt ist, ermöglicht eine solche Zwischenschicht 5 eine leichtes Ablösen der Trägerfolie 2 von der Lackschicht 1. 



  Für den Schichtaufbau des Laminats 4 sind viele Varianten bekannt. Soll beispielsweise die Trägerfolie 2 als transparenter Schutz mit der Lackschicht 1 fest verbunden bleiben, ist die wachsartige Substanz der Zwischenschicht 5 durch einen transparenten Haftvermittler ersetzt, der zum Beispiel ein aus Polyurethan aufgebauter Lack sein kann. Bei guter Haftung der Lackschicht 1 auf der Trägerfolie 2 kann die Zwischenschicht 5 auch weggelassen werden. Bei Ausweis- und Wertkarten kann die Trägerfolie 2 als Kartensubstrat dienen, dessen Dicke typisch im Bereich 0,1 mm bis 1 mm liegt. Die Trägerfolie 2 selbst kann als Schichtverbund ausgeführt sein, um eine gute Formstabilität der Karte zu erreichen. 



  In die Lackschicht 1 sind mikroskopisch feine, beugungsoptisch wirksame Reliefstrukturen 6 mit Höhenunterschieden bis zu einem Mikrometer abgeformt. Die Reflexionsschicht 3 weist eine Dicke im Bereich von 10 bis 100 nm auf, die vor oder nach dem Abformen der Reliefstrukturen 6 aufgebracht werden kann. Für die Reflexionsschicht 3 eignen sich beispielsweise chemisch oder thermisch durch Aufdampfen abgeschiedene Schichten aus Aluminium, Chrom, Tellur, Kupfer usw. Unter dem Begriff Reliefstruktur 6 sind abformbare Beugungsgitter aller Art, diffus streuende Mattstrukturen und auch hochglänzende, spiegelnde Oberflächen zu verstehen. 



  Beispielsweise sind in der Zeichnung der Fig. 1 drei sich voneinander unterscheidende Reliefstrukturen 6 in parallelen Streifen 7, 8 und 9 abgeformt, wie durch das zeichnerische Mittel der Schraffur angedeutet wird. Jeder Streifen 7, 8 oder 9 weist gleiche Abmessungen auf und ist mit Vorteil quer bzw. längs zur Bandlaufrichtung 10 angeordnet. Die Streifen 7, 8 und 9 wiederholen sich zyklisch (7, 8, 9; 7, 8, 9; 7, 8, 9; usw.) längs bzw. quer zur Bandlaufrichtung 10 und bilden Streifenzyklen 11. Die Streifen 7 und 8, 8 und 9 sowie 9 und 7 können sich paarweise mit ihrer Längsseite berühren oder sind durch einen schmalen Zwischenraum getrennt. Das so erhaltene Zwischenprodukt ist für ein erstes Fertigungsverfahren wiederum auf Rollen gewickelt zwischengelagert, bis es zu den letzten Verarbeitungsschritten zur Herstellung der beugungsoptisch aktiven Flächenmuster benötigt wird. 



  Für ein zweites Fertigungsverfahren wird nach dem Abformen der Reliefstrukturen 6 ein transparenter oder in einem vorbestimmten Spektralbereich absorbierender Decklack, z.B. auf Acrylbasis, einige Mikrometer dick als Deckschicht 12 auf die Reflexionsschicht 3 aufgetragen und die Reliefstrukturen 6 ausgeebnet, um sie vor mechanischen Beschädigungen zu schützen. Das so erhaltene Zwischenprodukt  für das zweite Fertigungsverfahren der Flächenmuster wird wiederum auf Rollen gewickelt zwischengelagert. 



  Das Harz der Deckschicht 12 kann als Heisskleber formuliert sein, der ein Aufkleben eines aus dem Laminat 4 abgetrennten Abschnitts auf die Oberfläche eines zu schützenden oder die Echtheit zu beglaubigenden Gegenstands ermöglicht. Der Abschnitt dient somit als optisches Sicherheitselement. 



  Die Fig. 2 zeigt ein einfaches Beispiel mit nur zwei Streifen 8 und 9, die den Streifenzyklus 11 bilden und sich durch zwei verschiedene Reliefstrukturen 6 (Fig. 1) unterscheiden. Das Flächenmuster des beispielhaft gezeigten Sicherheitselementes umfasst zwei ineinander verschachtelte Muster, die aus kleinen strukturlosen Bildelementen 13 bzw. 14, so genannte Pixel zusammengesetzt sind. Die Flächen der Bildelemente 13 und 14 sind als Rechtecke gezeichnet und mit dem zeichnerischen Mittel des Schraffierens unterschieden. Die Bildelemente 13 liegen alle auf den parallelen Streifen 8 mit der einen Reliefstruktur 6 und bilden ein erstes Muster, den Buchstaben "B". Die Bildelemente 14 sind auf den parallelen Streifen 9 mit der anderen Reliefstruktur 6 angeordnet und fügen sich zum zweiten Muster, dem Buchstaben "A", zusammen.

   In Wirklichkeit sind die Flächen der Bildelemente 13, 14 nicht auf Rechtecke beschränkt und nicht mit Linien berandet, wie dies aus der Zeichnung zu erwarten wäre. In den von den beiden Mustern belegten Flächen sind die Reliefstrukturen 6 von der Reflexionsschicht 3 bedeckt. Mittels einer Lupe kann beobachtet werden, dass die Flächen der Bildelemente 13, 14 nur durch das Vorhandensein der Reflexionsschicht 3 (Fig. 1) und durch die Reliefstruktur 6 definiert sind und beliebig geformt sein können. Ebenso sind die Reliefstrukturen 6 mikroskopisch feine, lichtbeugende optische Gitter und keine drucktechnisch erzeugten Schraffuren. Auf die als Gitter ausgebildeten Reliefstrukturen 6 der Bildelemente 13, 14 einfallendes Licht wird, entsprechend den Gitterparametern (Spatialfrequenz, Relieftiefe, Orientierung in der Gitterebene  Azimut  theta Ü und Profilform) reflektierend gebeugt.

   Die Gesamtheit der Bildelemente 13 bzw. 14 erzeugt wegen der Interferenz des am zugeordneten Gitter gebeugten Lichtes ein brilliantes Farbmuster, das sich für den Beobachter von der Umgebung markant abhebt, sobald das gebeugte Licht einer der Beugungsordnungen des entsprechenden Gitters der Bildelemente 13 bzw. 14 in das Auge des Beobachters fällt. 



  Ausserhalb der von den Bildelementen 13 und 14 der beiden Muster eingenommenen Flächen fehlt die Reflexionsschicht 3 auf Reliefstruktur 6, d.h. diese Flächen bilden aus ganzen Pixeleinheiten 15 zusammengesetzte, von der Art des Decklacks der Deckschicht 12 abhängige Farb- oder Transparentflächen. Bei der Verwendung eines transparenten Decklacks sind derartige Flächenmuster semitransparent, da die Gesamtheit der Transparentflächen, die sich fast gleichmässig über das Flächenmuster verteilen, meist mehr als die Hälfte des Flächenmusters umfassen. Für einen Beobachter sind hinter dem Sicherheitselement angeordnete Strukturen durch die Transparentflächen hindurch  erkennbar. Die Strukturen sind in der Regel grösser als das Flächenmuster und umfassen auch Gebiete innerhalb der Muster. 



  Die beleuchteten optischen Gitter des Flächenmusters des Sicherheitselements erzeugen ihre Muster nur in der ihnen durch die Gitterparameter der Reliefstruktur 6 der Bildelemente 13 bzw. 14 vorbestimmten Richtung. Je nach der Beleuchtungs- und Betrachtungsbedingung erkennt der Beobachter entweder das erste Muster "A" oder das zweite Muster "B" auf dem Sicherheitselement. Ausserhalb dieser Betrachtungsrichtungen erscheint das Sicherheitselement im Wesentlichen transparent, wobei die Transparentflächen von den metallisch schimmernden Teilflächen der Bildelemente 13 und 14 getrennt sind. 



  Aus Gründen der zeichnerischen Darstellung sind in der Fig. 2 die beiden Muster "A" und "B" stark vergrössert. In Wirklichkeit weist der Streifenzyklus 11, bestehend aus zwei oder mehr verschiedenen Streifen 7 (Fig. 1) bis 9 eine Höhe h von weniger als 0,5 mm auf. Im Beispiel der Fig. 2 weist der Streifenzyklus 11 nur die zwei Streifen 8 und 9 auf, wobei die Breite der Streifen 8 und 9 weniger als 0,3 mm beträgt. Die Abmessung der Bildelemente 13, 14 in Längsrichtung der Streifen 8 und 9 ist gleich der Breite B der Streifen 8 und 9 oder ein ganzzahliges Vielfaches davon. Die Höhe des Buchstabens "A" im Beispiel der Fig. 2 wäre rund 4 mm. In der normalen Sehdistanz sind solche Bildelemente 13 bzw. 14 visuell nicht mehr getrennt wahrnehmbar und verschmelzen zu dem unter der Betrachtungsrichtung sichtbaren ersten bzw. zweiten Muster.

   Für jedes Muster werden Bildelemente 13 bzw. 14 wenigstens einen der Streifen 7 bis 9 in jedem Streifenzyklus 11 benötigt. Die Anzahl N der unter verschiedenen Blickrichtungen sichtbaren Muster ist daher höchstens gleich der Anzahl M der Streifen 7 bis 9. Die Anzahl M ist einerseits durch das Abformen und die Wirksamkeit des Gitters begrenzt, wobei die Streifen 7 bis 9 eine minimale Breite von etwa 20  mu m aufweisen müssen, und andererseits ist die Genauigkeit entscheidend, mit der die schmalen Streifen 7 bis 9 bei den nachstehend beschriebenen Fertigungsverfahren lokalisiert werden können. 



  Im Gegensatz zu den bekannten zweidimensionalen Flächenmustern mit optischen Beugungsgittern liegen die gleichzeitig sichtbaren Bildelemente 13 bzw. 14 auf einem der parallelen Streifen 7 bis 9, weil zur Erzeugung der sichtbaren Muster lediglich die Reflektivität des Materials in der Reflexionsschicht 3 in den für die Muster nicht benötigten Transparentflächen vermindert wird. 



  Das Zerstören der hohen Reflektivität des Materials in der Reflexionsschicht 3 erfolgt in einem ersten Fertigungsverfahren durch das vollständige chemische oder thermische Entfernen der freiliegenden Reflexionsschicht 3 in den für Farb- oder Transparentflächen vorbestimmten Pixelelementen 15. In einem andern Fertigungsverfahren wird durch die Lackschicht 1 hindurch die innere Struktur des  reflektiven Materials zwischen der Lackschicht 1 und der Deckschicht 12 in den Pixelelementen 15 mittels thermischer Energie so verändert, dass die Farb- oder Transparentflächen entstehen. 



  Anhand der Fig. 3 und 4 ist das erste Fertigungsverfahren beschrieben. Mittels eines Druckverfahrens werden in der Fig. 3 die für die Muster benötigten Bildelemente 13 bzw. 14 (Fig. 1) mit der Reliefstruktur 6 eines jeden Streifens 7 (Fig. 1) bis 9 (Fig. 1) zunächst mit einem Schutzlack 16 abgedeckt. Nach dem Trocknen des Schutzlacks 16 wird ein Ätzmittel aufgesprayt, das die freiliegende Reflexionsschicht 3 in den nicht abgedeckten, für die Muster nicht benötigten Pixeleinheiten 15 angreift und entfernt. An den mit Schutzlack 16 geschützten Stellen bleibt die Reflexionsschicht 3 erhalten.

   Wegen der geringen Dicke der Reflexionsschicht 3 (weniger als 100 nm) erfolgt dieser Vorgang mit so grosser Geschwindigkeit, dass unmittelbar nach dem Auftragen das Ätzmittel wieder entfernt und auf die getrocknete Oberfläche der Decklack über die Flächen mit dem Schutzlack 16 und die von der Reflexionsschicht 3 freien Pixeleinheiten 15 aufgetragen werden kann. In den Pixeleinheiten 15 verbindet sich die Deckschicht 12 mit dem Material der Lackschicht 1. Die optisch aktive Grenzschicht zwischen der Lackschicht 1 und der Deckschicht 12 verschwindet völlig, wenn das Material der Lackschicht 1 und der Deckschicht 12 fast denselben Brechungsindex aufweisen. Damit bleiben auch die Beugungseffekte an der nicht mit der Reflexionsschicht 3 bedeckten Reliefstruktur 6 für das unbewaffnete Auge praktisch unsichtbar.

   In der Fig. 3 ist daher die Grenzschicht mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet. 



  Nach der eingangs erwähnten europäischen Patentanmeldung EP 758 587 A1 kann das Ätzmittel auch direkt auf die Pixeleinheiten 15 aufgedruckt werden, in denen die Reflexionsschicht 3 entfernt werden soll. Ein Aufdrucken und Trocknen des Schutzlacks 16 erübrigt sich. Unmittelbar nach dem selektiven Auftrag des Ätzmittels erfolgt wie oben nach einem Reinigungsschritt der Auftrag des Decklacks für die Deckschicht 12. 



  Die beiden beschriebenen Beispiele der ersten Fertigungsmethode verwenden mit Vorteil einen in der Fig. 4 gezeigten, mit einem handelsüblichen Personalcomputer 17 verbundenen Tintenstrahldrucker, wobei dessen Druckkopf 18 und der Vorschub des Laminats 4 sehr leicht mittels des Personalcomputers 17 gesteuert werden können. Die Auflösung dieser Tintenstrahldrucker beträgt heute 720 Punkte pro Inch oder fast 30 Punkte pro Millimeter mit einem Durchmesser der einzelnen Punkte von etwa 0,04 mm. Damit sind Streifenzyklen 11     (Fig. 1) mit zehn verschiedenen Streifen 7 (Fig. 1) bis 9 (Fig. 1) von 0,05 mm Breite herstellbar, ohne die Höhe h (Fig. 2) von 0,5 mm zu überschreiten. Erreicht die Höhe h einen Wert über 0,5 mm, wird der Raster der Bildelemente 13, 14 zu grob und für den Beobachter sichtbar. Aus künstlerischen Erwägungen könnten solche groben Raster zur Anwendung gelangen. 



  Unterscheiden sich die Reliefstrukturen 6 in den Streifen 7 bis 9 des Laminats 4 nur im Azimut  theta , so sind je nach Orientierung des Laminats 4 in seiner Ebene nur die der Streifen 7 bis 9 sichtbar, deren Reliefstruktur 6 im Wesentlichen quer zur Blickrichtung orientiert ist. Zwei oder mehr der Streifen 7 bis 9 des Streifenzyklus 11 können Reliefstrukturen 6 mit dem gleichen Azimut  theta  aufweisen und sich in andern Gitterparametern unterscheiden. Beispielsweise sind die monochromatisch beleuchteten Bildelemente 13, 14 dieser Streifen 7 bis 9 nacheinander beim Kippen um eine Achse senkrecht zur Blickrichtung sichtbar, wenn die Reliefstruktur 6 der Bildelemente 13, 14 nur verschiedene Spatialfrequenzen besitzen. 



  Das Laminat 4 wird von einer Vorratsrolle 19 abgerollt und im Kontakt mit der Trägerfolie 2 (Fig. 1) glatt über einen Gegenzylinder 20 des Tintenstrahldruckers und wenigstens einer zusätzlichen Umlenkrolle 21 zur Produktrolle 22 geführt und dort wieder aufgerollt. Damit das Laminat 4 mit seinem Streifenzyklus 11 mit dem Druckkopf 18 synchronisiert werden kann, ist ein optischer Streifendetektor 23 so angeordnet, dass beim Vorbeilaufen des Laminats 4 der Streifendetektor 23 die Abfolge der Streifen 7 bis 9 im Streifenzyklus 11 und der Streifenzyklen 11 optisch erkennen kann und entsprechende Synchronisiersignale an den Personalcomputer 17 senden kann, z.B. über eine den Personalcomputer 17 mit dem Streifendetektor 23 verbindende Leitung 24.

   Ohne diese Synchronisierung des Vorschubs des Laminatbands mit der Position des Druckkopfs 18 kann das Flächenmuster der Bildelemente 13 (Fig. 2), 14 (Fig. 2) nicht mit der erforderlichen Genauigkeit auf das Laminat 4 übertragen werden. Als Streifendetektoren 23 eignen sich aus der europäischen Anmeldung        EP 366 858 A1 bekannte Einrichtungen und die in der Anmeldung EP 392 085 A1 beschriebenen Spurdetektoren. 



  In einer ersten Ausführung überträgt der vom Personalcomputer 17 gesteuerte Druckkopf 18 in seinem Schreibstrahl 25 Tröpfchen des Schutzlacks 16 (Fig. 3) auf die vorbestimmten Stellen der Reflexionsschicht 3 (Fig. 3). Das Laminat 4 mit dem auf den Bildelementen 13 und 14 gedruckten Schutzlack 16 wird, beispielsweise mit ultraviolettem Licht 26, in einer ersten Trockenstation 27 ausgehärtet. Anschliessend wird mit der Sprühvorrichtung 28 das Ätzmittel aufgetragen, wobei die ungeschützte, freiliegende Reflexionsschicht 3 aufgelöst wird. Das Laminat 4 durchläuft nun eine Waschstation 29, um das Ätzmittel zu entfernen. Ein Gebläse 30 trocknet danach die Oberfläche des Laminats 4 mittels Warmluft. Die Reliefstruktur 6 erhält einen Auftrag des Decklacks mittels eines an sich bekannten Druckwalzensystems 31.

   Nach dem Durchlaufen einer weiteren Trockenstation 32 wird das Laminat 4 auf der Produktrolle 22 aufgerollt. 



  Selbstverständlich kann das Laminat 4 unmittelbar nach der Trockenstation 27 aufgerollt werden und die folgenden Arbeitsschritte Ätzen, Waschen und Aufbringen des Decklacks zu einem späteren Zeitpunkt mit anderen Durchlaufgeschwindigkeiten nachgeholt werden. 



  Wird mit dem Druckkopf 18 direkt das Ätzmittel in die nicht den Bildelementen 13, 14 zugehörenden Pixeleinheiten 15 (Fig. 3) aufgetragen, vereinfacht sich die Einrichtung in der Fig. 4, da die Trockenstation 27 und die Sprühvorrichtung 28 nicht benötigt werden. 



  Als dritte Variante des ersten Fertigungsverfahrens wird der Druckkopf 18 mit einem Laser vertauscht, dessen intensiver auf das Laminat 4 fokussierter Strahl durch die Mechanik des Tintenstrahldruckers in den Streifen 7 oder 8 oder 9 quer über das Band des Laminats 4 hin- und hergeführt wird. Die Intensität des Laserlichts ist entsprechend des auf dem Laminat 4 zu erzeugenden Flächenmusters derart moduliert, dass die Intensität in den Bildelementen 13, 14 gering ist und die Reflexionsschicht 3 nicht beeinflusst und dass die Intensität in den Pixeleinheiten 15 ausserhalb der Bildelemente 13, 14 so hoch ist, dass das Material der Reflexionsschicht 3 verdampft und dadurch vollständig entfernt wird.

   Mittels des Druckwalzensystems 31 wird anschliessend der Lack der Deckschicht 12 (Fig. 1) aufgebracht, in der Trockenstation 32 getrocknet und das Laminat 4 auf der Produktrolle 22 aufgerollt. 



  Das langsame Fertigungsverfahren weist den Vorteil auf, dass mit dem gleichen Vormaterial jedes Flächenmuster im Laminat 4 individuell gestaltet werden kann, da der Personalcomputer 17 das Entfernen der Reflexionsschicht 3 in jeder Pixeleinheit 15 steuert. 



  Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird durch das zweite Fertigungsverfahren ermöglicht. In der Fig. 5 ist eine aus dem Laminat 4 (Fig. 1) geschnittene Sicherheitsmarke 33 auf eine ebene Oberfläche 34 eines zu sichernden Substrats 35 aufgeklebt. Die Sicherheitsmarke 33 ist zunächst ein Abschnitt des Laminats 4, dessen Reflexionsschicht 3 bereits im Zwischenprodukt noch vor der Ausgestaltung der Bildelemente ganzflächig mit der Deckschicht 12 überzogen worden ist. Mit der Deckschicht 12 ist die Sicherheitsmarke 33 mit der Oberfläche 34 verbunden und anschliessend die Trägerfolie 2 (Fig. 1) entfernt worden.

   Weil die parallelen Streifen 7 (Fig. 1) der aufeinander folgenden Streifenzyklen 11 (Fig. 1) gleiche Gitterparameter in den Reliefstrukturen 6 aufweisen und in einem Abstand von nur etwa 0,45 mm angeordnet sind, vermag das Auge die stark leuchtenden Streifen 7 nicht getrennt wahrzunehmen. Das völlig flache Laminat 4 der Sicherheitsmarke 33 kann dem Beobachter als einheitlich leuchtende Farbfläche erscheinen. Wird die Beobachtungsrichtung durch Drehen oder Kippen des Laminats 4 geändert, sind andere Farben sichtbar oder die Oberfläche des Laminats 4 ist unauffällig und metallisch schimmernd. Solcherart markierte Substrate 35 sind zu einem späteren Zeitpunkt individualisierbar, d.h. die einzelne Sicherheitsmarke 33 erhält das ihr eigene Flächenmuster. 



  Die dazu notwendige Einrichtung richtet den mit einem optischen Element 36 fokussierten Lichtstrahl 37 eines Farbstofflasers auf die Pixeleinheit 15 aus, sodass die Lackschicht 1 durchstrahlt und die Reflexionsschicht 3 lokal im Brennpunkt des optischen Elements 36 aufgeheizt wird, bis das Material  der Reflexionsschicht 3 in der Pixeleinheit 15 aufschmilzt oder verdampft und beim Abkühlen mikroskopisch kleine Sphäroide anstelle der gleichmässigen optisch hochwertigen Reflexionsschicht 3 bildet. An diesen Stellen wird die Sicherheitsmarke 33 wegen des Fehlens der Reflexionsschicht 3 durchsichtig, d.h. die Transparentflächen entstehen. Von der Reflexionsschicht 3 bleibt höchstens ein schwacher Grauschleier visuell sichtbar. Gleichzeitig verbindet sich das Material der Lackschicht 1 mit dem transparenten Material der Deckschicht 12 in einem dem Verschweissen ähnlichen Vorgang. 



  Mittels des vom Personalcomputer 17 (Fig. 3) gesteuerten Lichtstrahls 37 können die Pixeleinheiten 15 der Transparentflächen individuell in die Sicherheitsmarke 33 eingeschrieben werden. Der Lichtstrahl 37 tastet zunächst die Reliefstruktur 6 mit geringer Lichtleistung ab und stellt die Ausrichtung der Streifenzyklen 11 (Fig. 1) sowie die Lage der einzelnen Streifen 7 (Fig. 1) bis 9 (Fig. 1) im Streifenzyklus 11 fest. Anschliessend steuert der Lichtstrahl 37 die Pixeleinheiten 15 der Transparentflächen an und zerstört bei hoher Lichtleistung die Reflexionsschicht 3. Übrig bleiben die Teilflächen der Reflexionsschicht 3 in den vom Flächenmuster vorbestimmten Bildelemente 13, 14.

   Da die Referenz der aufeinander folgenden Streifen 7 bis 9 und der Streifenzyklen 11 zerstört ist, können nur mit grossem Aufwand einzelne Bildelemente 13, 14 zusätzlich entfernt werden, um das Flächenmuster zu verändern. 



  Die Fig. 6 zeigt beispielhaft die Sicherheitsmarke 33, die als Abschnitt aus dem Vorprodukt für das zweite Fertigungsverfahren auf dem Substrat 35 aufgeklebt ist. Das zu erzeugende Flächenmuster basiert auf dem Streifenzyklus 11 (Fig. 1) mit den drei Streifen 7, 8 und 9 (Fig. 1), deren Reliefstrukturen 6 (Fig. 1) sich lediglich durch das Azimut  theta  unterscheiden. Bevor die Sicherheitsmarke 33 individualisiert wird, zeigt die unter der Richtung 39 mit polychromatischem Licht beleuchtete Sicherheitsmarke 33 dem Auge 40 des Beobachters unter der Richtung 41 der Betrachtung ein diesen Bedingungen gemässes, einheitliches Aussehen, z.B. mit einer intensiven Farbe oder wie eine metallisch schimmernde, Fläche, falls kein gebeugtes reflektiertes Licht in das Auge 40 fällt.

   Beim Drehen um eine zum Flächenmuster senkrechte Achse Z kann sich die intensive Farbe mit der metallisch schimmernden, matten Farbe abwechseln, während sich beim Kippen um eine zur Achse Z senkrechte Achse die Farbe ändert, bevor ein Wechsel zum metallisch schimmernden, matten Aussehen erfolgt. 



  Durch das Individualisieren werden die Pixelelemente 15 des Flächenmusters der Sicherheitsmarke 33 erzeugt, wobei in den Pixelelementen 15 die Reflektivität der Reflexionsschicht 3 (Fig. 5) zerstört wird. In den Bildelementen 13, 14 bleibt die Reflektivität erhalten. Infolge dieses Verfahrens sind die Bildelemente 13 bzw. 14 mit den gleichen Reliefstrukturen 6 (Fig. 5) auf den parallelen Streifen 7 bzw. 8 angeordnet. Unter der vorbestimmen Betrachtungsbedingung sind für das Auge 40 alle Bildelemente 13 des ersten Musters mit den Reliefstrukturen 6 des Azimuts  theta 1 auf allen parallelen  Streifen 7 gleichzeitig sichtbar.

   Beim Drehen der Sicherheitsmarke 33 um die Achse Z erscheint das zweite Muster der Bildelemente 14 mit den Reliefstrukturen 6 des Azimuts  theta 2 auf den parallelen Streifen 8 nach einem Drehwinkel  alpha , der gleich der Differenz der beiden Azimute ist, also  alpha =  theta 1- theta 2. 



  Das Flächenmuster der Fig. 7 umfasst drei einfache Muster, die je aus einem unterschiedlich orientierten Rechteckrahmen 42 bzw. 43 bzw. 44 bestehen. Im hier gezeigten Beispiel fallen die Mittelpunkte der ineinander verschachtelten Rechteckrahmen 42 bis 44 zusammen. Der Rechteckrahmen 42 bzw. 43 bzw. 44 jedes Musters ist aus den den Mustern zugeordneten Bildelementen 13 (Fig. 6) bzw. 14 (Fig. 6) bzw. hier nicht gezeigten dritten Bildelementen gebildet. In der Darstellung der    Fig. 7 sind die Rechteckrahmen 42 bis 44 als einfache Linien gezeichnet, obwohl sie aus den Bildelementen 13 bzw. 14 zusammengesetzt sind und beispielsweise eine Breite von 1,5 mm aufweisen. Nach dem Individualisieren ist die Sicherheitsmarke 33, ausser in den von den Bildelementen 13, 14 der Rechteckrahmen 42 bis 44 beanspruchten Flächen, transparent.

   Wird bei gleichen Beleuchtungsbedingungen das Substrat 35 in seiner Ebene 34 um die Achse Z in der Richtung des Azimuts  theta  gedreht, leuchtet für den Beobachter nacheinander einer der drei Rechteckrahmen 42 bis 44 in einer Farbe hell auf. Drehen und Kippen verändern zusätzlich noch die Farbe des gerade sichtbaren Rechteckrahmens, falls weisses Licht auf die Sicherheitsmarke 33 fällt. Dieser kinematische Effekt ist der gleiche wie der im europäischen Patent    EP 105 099 B1 beschriebene. 



  Gemäss Fig. 5 sind durch die Transparentflächen der Pixelelemente 15 hindurch Strukturen 38 auf der Oberfläche 34, wie Druckbilder oder Buchstaben usw., erkennbar, und zwar besonders gut, wenn die Reflexionsstrukturen 6 dunkel erscheinen, da kein gebeugtes Licht in das Auge 40 (Fig. 6) des Beobachters fällt. Ist hingegen die Deckschicht 12 oder die Oberfläche 34 farbig absorbierend, sind die Muster des beleuchteten Flächenmusters vor diesem Hintergrund sichtbar. 



  Unterscheiden sich die M verschiedenen Reliefstrukturen 6 in mehr als nur einem der Gitterparameter, sind weitere Flächenmuster herstellbar, deren Erscheinungsbild durch das Beugungsverhalten der Bildelemente 13, 14 bestimmt ist. 



  Mit Vorteil wird das Zwischenprodukt des zweiten Fertigungsverfahren, wie in der Fig. 1 gezeigt, längsweise in Streifen in Bänder 45 geschnitten und aufgerollt. Die Breite der Bänder 45 entspricht der Breite der Sicherheitsmarke 33 (Fig. 5). 

Claims (10)

1. Flächenmuster mit einer Anzahl von N visuell erkennbaren Mustern (42; 43; 44) zusammengesetzt aus durch Pixelelemente (15) getrennten Bildelementen (13; 14) mit als Gitter ausgebildeten mikroskopisch feinen Reliefstrukturen (6), deren optische Wirksamkeit durch eine Reflexionsschicht (3) auf den Reliefstrukturen (6) bestimmt ist und die in einem Laminat (4) aus Kunststoff eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Bildelemente (13; 14) eine einzige Reliefstruktur (6) aus einer Anzahl von M verschiedener Reliefstrukturen (6) aufweist, dass sich die M verschiedenen Reliefstrukturen (6) in wenigstens einem Gitterparameter unterscheiden und dass die Bildelemente (13 bzw. 14), deren Reliefstruktur (6) gleiche Gitterparameter besitzen, auf parallelen Streifen (7 bzw. 8 bzw. 9) angeordnet sind.

2.

Flächenmuster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl M der verschiedenen Reliefstrukturen (6) grösser oder gleich der Anzahl N der visuell erkennbaren Muster (42; 43; 44) ist, die beim Drehen um eine Achse Z senkrecht zur Ebene einer Sicherheitsmarke (33) oder beim Kippen um eine zur Achse Z senkrechte Achse nacheinander sichtbar sind.

3. Flächenmuster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat (4) wenigstens eine transparente Lackschicht (1) und eine transparente Deckschicht (12) umfasst, zwischen denen die Reflexionsschicht (3) der Bildelemente (13 bzw. 14) eingebettet ist.

4.

Flächenmuster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat (4) wenigstens eine transparente Lackschicht (1) und eine sichtbares Licht absorbierende Deckschicht (12) umfasst, zwischen denen die Reflexionsschicht (3) der Bildelemente (13 bzw. 14) eingebettet ist.

5. Flächenmuster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streifenzyklus (11) eine Gruppe der M benachbarten Streifen (7 bis 9) umfasst, die je eine der M verschiedenen Reliefstrukturen (6) aufweisen und dass der Streifenzyklus (11) eine Höhe h von weniger als 0,5 mm aufweist.

6. Flächenmuster nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Gesamtheit der Pixelflächen (15) gebildete transparente Fläche grösser ist als die gesamte Fläche der Bildelemente (13; 14).

7.

Flächenmuster nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Decklack der Deckschicht (12) ein Heisskleber ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Flächenmusters für Sicherheitsmarken (33) mit einer Anzahl von N visuell erkennbaren Mustern (39; 40; 41) zusammengesetzt aus durch Pixelelemente (15) getrennten Bildelementen (13; 14) mit als Gitter ausgebildeten, mikroskopisch feinen Reliefstrukturen (6), deren optische Wirksamkeit durch eine Reflexionsschicht (3) auf den Reliefstrukturen (6) bestimmt ist und die in einem Laminat (4) aus Kunststoff eingebettet sind, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte, a) Herstellen eines Bandes (45) von der Breite einer Sicherheitsmarke (33) aus dem auf einer Trägerfolie (2) aufgebauten Laminat (4) mit den vollflächig mit einer Reflexionsschicht (3) überzogenen, in eine Lackschicht (1) in parallelen Streifen (7; 8;

9) abgeformten Reliefstrukturen (6), wobei sich die M verschiedenen Reliefstrukturen (6) jeweils in wenigstens einem Gitterparameter unterscheiden und sich zyklisch wiederholend auf dem Band (45) angeordnet sind, b) Zerstören der Reflektivität der Reflexionsschicht (3) in den nicht zu den Bildelementen (13; 14) des Flächenmusters gehörenden Pixelelementen (15).

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die nach dem Verfahrensschritt a) eingeschalteten, zusätzlichen Verfahrensschritte des Aufbringens einer Deckschicht (12) auf der Reflexionsschicht (3) und dem Aufkleben eines Abschnitts des Bandes (45) als Sicherheitsmarke (33) vor dem Zerstören der Reflektivität der Reflexionsschicht (3), wobei wenigstens durch die Lackschicht (1) hindurch elektromagnetische Energie auf die Reflexionsschicht (3) eingestrahlt wird.

10.

Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die nach dem Zerstören der Reflektivität der Reflexionsschicht (3) zusätzlichen notwendigen Verfahrensschritte des Aufbringens einer Deckschicht (12) auf die Reliefstrukturen (6) des Laminats (4).