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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitsmerkmals für ein Sicherheitselement, ein Sicherheitspapier oder einen Datenträger, das einen Träger aufweist, wobei der Träger durch Laserstrahlung hinsichtlich seiner Farbe modifizierbar ist, durch Einwirkung von im Strahlquerschnitt intensitätsverteilter Laserstrahlung Löcher von bestimmtem Lochdurchmesser in den Träger eingebracht werden, die einen Rand haben, wobei zugleich aufgrund der Intensitätsverteilung über den Strahlquerschnitt in einer den Rand umgebenden Zone bestimmter Zonenbreite der Träger durch die Laserstrahlung modifiziert wird, so dass der Rand farbig ist. Die Erfindung betrifft weiter ein Sicherheitsmerkmal für ein Sicherheitselement, ein Sicherheitspapier oder einen Datenträger, das einen Träger aufweist, der hinsichtlich seiner Farbe modifizierbar ist, in den Träger Löcher von bestimmtem Lochdurchmesser eingebracht sind, die einen Rand haben, und in einer den Rand umgebenden Zone bestimmter Zonenbreite der Träger modifiziert ist, so dass der Rand farbig ist, sowie ein Sicherheitselement, ein Sicherheitspapier und ein Wertdokument oder einen Datenträger mit einem solchen Sicherheitsmerkmal.
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Ausweiskarten, wie beispielsweise Kreditkarten oder Personalausweise, werden oft mittels Lasergravur mit einer individuellen Kennzeichnung versehen. Auch das Erzeugen durchgehender Öffnungen in Wertdokumenten, z. B. Banknotenpapieren, durch Laserschneiden ist seit Längerem bekannt. So ist beispielsweise in der Druckschrift
DE 43 34 848 C1 ein Wertpapier mit einer von einer transparenten Abdeckfolie verschlossenen fensterartigen Durchbrechung beschrieben, die durch einen Laserschneidevorgang erzeugt werden kann.
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Die
WO 2009/003587 A1 beschreibt ein Herstellverfahren und ein entsprechendes Sicherheitsmerkmal der eingangs genannten Art, das durch ein Laserschneideverfahren erzeugt wird. Der Träger des Sicherheitsmerkmals wird dabei mit einem Markierungsstoff versehen, der durch die Einwirkung von Laserstrahlen seine Farbe wechselt. Zur Herstellung des Loches oder der Löcher wird ein Schneidlaserstrahl verwendet, dessen Intensität in den Strahlungsquerschnitt nicht-gleichförmig, beispielsweise gaußförmig verteilt ist. Eine solche Strahlung wird hier als Laserstrahlung bezeichnet, die über den Strahlquerschnitt intensitätsverteilt ist, wobei die Strahlungsintensität zum Rand des Laserstrahls hin abfällt. Durch diesen Intensitätsabfall entsteht ein Rand, an dem der Träger nicht mehr geschnitten wird, jedoch eine Modifikation des Markierungsstoffes hinsichtlich dessen Farbeffektes stattfindet. Auf diese Weise erscheint der Randbereich des mittels Laserstrahlung erzeugten Loches farbig.
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Eine farbige Umrandung von Löchern ist auch aus der
WO 2009/003588A1 bekannt, hier werden jedoch mehrere Laserstrahlen unterschiedlicher Intensität benötigt, um einen besonders großen und damit gut erkennbaren Farbeffekt zu erreichen.
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Auf Laserstrahlung empfindliche Markierungsstoffe sind beispielsweise aus folgenden Druckschriften bekannt:
EP 1657072 B1 ,
EP 000002332012 B1 ,
US 7270919 ,
US 7485403 ,
US 7998900 ,
US 8021820 ,
US 8048608 ,
US 8048605 ,
US 8083973 ,
US 8101544 ,
US 8101545 ,
US 8105506 ,
US 8173253 ,
US 8178277 ,
US 8278243 ,
US 8278244 und
US 842028 .
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitselement, Sicherheitspapier und Datenträger der eingangs genannten Art hinsichtlich der Nachahmungssicherheit weiter zu verbessern und die Herstellbarkeit zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitsmerkmals für ein Sicherheitselement, ein Sicherheitspapier oder einen Datenträger, wobei ein Träger bereitgestellt wird, der durch Laserstrahlung hinsichtlich seiner Farbe modifizierbar ist, durch Einwirkung von im Strahlquerschnitt intensitätsverteilter Laserstrahlung Löcher von bestimmtem Lochdurchmesser in den Träger eingebracht werden, die einen Rand haben, wobei zugleich aufgrund der Intensitätsverteilung über den Strahlquerschnitt in einer den Rand umgebenden Zone bestimmter Zonenbreite der Träger durch die Laserstrahlung modifiziert wird, so dass der Rand farbig ist, wobei die Löcher eine Fläche überdeckend angeordnet werden und innerhalb der Fläche alle benachbarten Löcher in einem auf das Lochzentrum bezogenen Lochabstand voneinander angeordnet werden, der nicht größer ist als das 2,5-fache der Summe aus maximalem Lochdurchmesser und doppelter Zonenbreite.
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Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitsmerkmals für ein Sicherheitselement, ein Sicherheitspapier oder einen Datenträger, wobei ein Träger bereitgestellt wird, der durch Laserstrahlung hinsichtlich seiner Farbe modifizierbar ist, durch Einwirkung von im Strahlquerschnitt intensitätsverteilter Laserstrahlung Löcher von bestimmtem Lochdurchmesser in den Träger eingebracht werden, die einen Rand haben, wobei zugleich aufgrund der Intensitätsverteilung über den Strahlquerschnitt in einer den Rand umgebenden Zone bestimmter Zonenbreite der Träger durch die Laserstrahlung modifiziert wird, so dass der Rand farbig ist, wobei die Löcher eine Fläche überdeckend angeordnet werden und innerhalb der Fläche die Löcher mindestens 50% der Größe der Fläche ausmachen.
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Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Sicherheitsmerkmal für ein Sicherheitselement, ein Sicherheitspapier oder einen Datenträger, das einen Träger aufweist, wobei der Träger hinsichtlich seiner Farbe durch Laserstrahlung modifizierbar ist, in den Träger Löcher von bestimmtem Lochdurchmesser eingebracht sind, die einen Rand haben, und in einer den Rand umgebenden Zone bestimmter Zonenbreite der Träger modifiziert ist, so dass der Rand farbig ist, wobei die Löcher eine Fläche überdeckend angeordnet sind und innerhalb der Fläche alle benachbarten Löcher in einem auf das Lochzentrum bezogenen Lochabstand voneinander angeordnet sind, der nicht größer ist als das 2,5-fache der Summe aus maximalem Lochdurchmesser und doppelter Zonenbreite.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Sicherheitsmerkmal für ein Sicherheitselement, ein Sicherheitspapier oder einen Datenträger, das einen Träger aufweist, wobei der Träger hinsichtlich seiner Farbe durch Laserstrahlung modifizierbar ist, in den Träger Löcher von bestimmtem Lochdurchmesser eingebracht sind, die einen Rand haben, und in einer den Rand umgebenden Zone bestimmter Zonenbreite der Träger modifiziert ist, so dass der Rand farbig ist, wobei die Löcher eine Fläche überdeckend angeordnet sind und innerhalb der Fläche die Löcher mindestens 50% der Größe der Fläche ausmachen.
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Das Prinzip der Erfindung sieht somit vor, die Fläche zu perforieren, wobei die genannten geometrischen Vorgaben eingehalten werden.
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Die Erfindung verwendet eine spezielle Anordnung der Löcher in der perforierten Fläche, um den in der
WO 2009/003587 A1 beschriebenen Farbeffekt zu verstärken und in den Vordergrund zu rücken. Der Begriff „Farbe” ist dabei nicht auf einen bunten Eindruck beschränkt, sondern kann auch Schwarz umfassen. Durch die erfindungsgemäße Perforation der Fläche entsteht ein farbiger Eindruck, ohne dass ein Betrachter einen farbigen Lochrand erst suchen müsste, was bei einem einzelnen Loch oder einer einzelnen Öffnung durchaus der Fall sein könnte. Im Durchlicht wird dagegen ein transparenter Eindruck vermittelt. Durch die Anordnung der Löcher derart, dass benachbarte Löcher einen Lochabstand haben, der ein bestimmtes Maß nicht überschreitet, ist in Draufsicht auf die Fläche der farbige Eindruck besonders gut wahrnehmbar. Es wirken also erfindungsgemäß mehrere Löcher hinsichtlich des farbigen Eindrucks zusammen.
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Der Farbeffekt wird in einigen Ausführungsformen erreicht, indem ein Träger verwendet ist, der mit der Laserstrahlung direkt modifizierbar ist. In anderen Ausführungsformen wird der Träger zuvor mit einem geeigneten Markierungsstoff versehen, z. B. beschichtet, der modifizierbar ist.
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Der Farbeffekt wird umso stärker, je geringer der Abstand zwischen den Lochrändern, also je dichter die Perforation der Fläche, ist. Durch den Bezug des Lochabstandes auf das Lochzentrum, also die Angabe des Lochabstandes als Abstand zwischen den Lochzentren benachbarter Löcher, erreicht das Merkmal, dass der auf das Lochzentrum bezogene Lochabstand nicht größer ist als das 2,5-fache der Summe aus Lochdurchmesser und doppelter Zonenbreite, dass die farbig veränderten Zonen einen vergleichsweise großen Anteil an der durchlöcherten Fläche haben. Dies sichert einen besonders guten Farbeindruck. Er steigt natürlich, je höher der Anteil der farbig markierten Zonen an der verbleibenden Trägerfläche ist. Deshalb ist es alternativ vorgesehen, dass dieser Anteil mindestens 50%, bevorzugt sogar 75% oder 90% beträgt. Idealerweise besteht zwischen den benachbarten Löchern ein minimaler Spalt, der der 2-fachen Zonenbreite entspricht. Im Bereich dieses minimalen Spalts stoßen dann farbig markierte Zonen direkt aneinander. Aufgrund der Kreisgeometrie der mit dem Laserstrahl erzeugten Löcher gibt es natürlich Bereiche zwischen benachbarten Löchern, in denen nicht der minimale Spalt gegeben ist. Der minimale Spalt besteht auf der Verbindungsgeraden zwischen den Lochzentren.
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Die erfindungsgemäße perforierte Fläche erscheint in Draufsicht farbig aufgrund des Farbeffektes, z. B. durch den Markierungsstoff, der in den Zonen rund um die Löcher modifiziert ist. Gleichzeitig ergibt sich im Durchlicht aufgrund der Perforation der Fläche und der damit geänderten Transluzenz ebenfalls ein Motiv. Diese beiden Motive liegen im perfekten Passer zueinander, da sie durch ein- und denselben Vorgang nämlich die Perforation der Fläche erzeugt wurden.
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Die perforierte Fläche ist in x- und y-Richtung größer als ein Loch. Es handelt sich also um ein zweidimensionales Gebiet, in dem Löcher in beiden Koordinatenrichtungen nebeneinanderliegen.
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Das Vorsehen eines Markierungsstoffs ist hingegen für den Passer dieser beiden Motive nicht weiter relevant. Prinzipiell ist es möglich, den Markierungsstoff vollflächig in einem sehr viel größeren Bereich vorzusehen, als die durchlöcherte Fläche einnimmt. In einer Weiterbildung wird die Aufbringung bzw. das Vorsehen des Markierungsstoffes und die Struktur der durchlöcherten Fläche so kombiniert, dass in einzelnen Teilen der Fläche kein Markierungsstoff vorhanden ist. In diesen Teilen haben die Löcher dann keinen farbigen Rand. In den verbleibenden Teilen ist der Markierungsstoff hingegen vorhanden und die Ränder der Löcher sind farbig. Dies gibt eine weitere, schwer nachzuahmende Erscheinung des Sicherheitsmerkmals. Wird der Markierungsfarbstoff nur bereichsweise vorgesehen oder aufgedruckt, sieht man im Auflicht nur in diesen Bereichen die farbige Struktur des Motives und in anderen nicht. Dies regt zu einer Betrachtung im Durchlicht an.
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Durch Variation des Lochabstandes kann die Fläche einen bestimmten Designeindruck vermitteln. Es ist deshalb in einer Weiterbildung bevorzugt, dass die Fläche ein erstes und mindestens ein zweites Muster aufweist, die sich hinsichtlich der Rasterstruktur, in der die Löcher angeordnet sind, und/oder des Lochdurchmessers und/oder des Lochabstandes unterscheiden.
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Der laserstrahlungsmodifizierbare Träger oder dessen Markierungsstoff wird beim Einbringen der Löcher in den Träger durch den Laserstrahl modifiziert. Dabei wird ausgenutzt, dass die Laserstrahlenergie in einem äußeren Bereich des Strahlquerschnitts ausreicht, um in der Zone um den Rand der Löcher den Markierungsstoff zu modifizieren. Auf diese Weise ist automatisch eine perfekte Passerung von Öffnungen und laserstrahlungsmodifizierte Zone gewährleistet.
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Will man den Träger mit dem Markierungsstoff versehen, wird er in einer vorteilhaften Erfindungsvariante auf seiner Oberfläche mit dem Markierungsstoff beschichtet, beispielsweise durch ein Druckverfahren. Nach einer anderen ebenfalls vorteilhaften Variante der Erfindung wird der Markierungsstoff in das Volumen des Trägers eingebracht. Dafür stehen je nach Trägermaterial verschiedene Verfahren zur Verfügung.
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Ist der Träger aus Papier gebildet, kann der Markierungsstoff mit Vorteil schon bei der Blattbildung der Papiermasse beigemischt werden. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, den Markierungsstoff in einem Tauchbad in das Volumen des Papiersubstrats einzubringen oder das Papiersubstrat, z. B. in einer Leimpresse, mit dem Markierungsstoff zu imprägnieren.
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Natürlich kann ein Träger auch ohne zusätzlichen Markierungsstoff laserstrahlungsmarkierbar sein. Eine Schwärzung durch einen thermischen Effekt ist nur ein Beispiel hierfür. Ist der Träger aus einer Kunststofffolie gebildet, kann z. B. die Folie thermoreaktiv ausgebildet sein oder kann der Markierungsstoff bereits bei der Herstellung der Folie oder nachträglich durch einen Imprägnierungsschritt in das Volumen der Folie eingebracht werden.
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Als Markierungsstoff kommen mit Vorteil Stoffe infrage, deren sichtbare Farbe durch die Einwirkung der Laserstrahlung verändert wird. Hierzu können beispielsweise thermoreaktive Farbpigmente, wie etwa Ultramarinblau verwendet werden. Mit Vorteil können auch Markierungsstoffe eingesetzt werden, deren Infrarot-absorbierende Eigenschaften oder deren magnetische, elektrische oder lumineszierende Eigenschaften durch die Einwirkung der Laserstrahlung verändert werden. Sicherheitsmerkmale mit derartigen laserstrahlungsmodifizierten Lochrändern können insbesondere für die maschinelle Echtheitsprüfung eingesetzt werden. Auch der Einsatz einer Kombination verschiedener Markierungsstoffe kommt in Betracht, beispielsweise um sowohl eine visuelle als auch eine maschinelle Echtheitsprüfung des Sicherheitsmerkmals zu ermöglichen. Bei Verwendung mehrerer Markierungsstoffe können diese sowohl nebeneinander als auch in verschiedenen Schichten übereinander zu liegen kommen. Alternativ kann in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform die Modifikation des Trägers/Markierungsstoffes in einer Abtragung oder Zerstörung bestehen. Beim Markierungsstoff handelt es sich in diesem Fall bevorzugt um eine metallische Beschichtung.
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Bei einer vorteilhaften Verfahrensführung werden durch den Laserschnitt im Träger Löcher mit schräger Schnittkante erzeugt. Eine schräge Schnittkante kann beispielsweise dadurch sichergestellt werden, dass der Laserstrahl beim Erzeugen der Öffnungen unter einem vorbestimmten Winkel zur Oberflächennormalen des Trägers geführt wird. Je nach gewähltem Schnittwinkel lässt sich dabei die Größe der Randzone einstellen, wie weiter unten genauer erläutert werden wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Erfindungsvariante werden als laserstrahlungsmodifizierbarer Markierungsstoff laserstrahlungsmodifizierbare Effektpigmente eingesetzt. Derartige Effektpigmente stehen dem Fachmann mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere bezüglich ihrer Körperfarbe, dem Farbumschlag unter Laserstrahlungseinwirkung, der Schwellenergie und der benötigten Laserstrahlungswellenlänge zur Verfügung. Auch Effektpigmente, die unter Laserstrahlung nicht (nur) ihre sichtbare Farbe, sondern ihre Infrarot-absorbierenden, magnetischen, elektrischen oder lumineszierenden Eigenschaften verändern, sind dem Fachmann bekannt. Die Modifikation der Effektpigmente kann mit Laserstrahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich, beispielsweise mit einem CO2-Laser einer Wellenlänge von 10600 nm erfolgen.
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Bei einer weiteren ebenfalls vorteilhaften Erfindungsvariante wird ein pigmentfreier laserstrahlungsmodifizierbarer Markierungsstoff eingesetzt. Auch pigmentfreie Markierungsstoffe können, beispielsweise als Stichtiefdruck- oder Druckfarbe, auf den Träger aufgebracht oder in das Trägervolumen eingebracht werden. Mit pigmentfreien Markierungsstoffen lässt sich eine Beschichtung hoher Transparenz erzeugen, in die durch Lasereinwirkung mit hoher Geschwindigkeit eine dauerhafte und kontrastreiche Markierung eingebracht werden kann. Pigmentfreie Markierungsstoffe können durch Laserstrahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich, beispielsweise mit der 10600 nm-Strahlung eines CO2-Lasers modifiziert werden. Konkrete, nicht beschränkende Beispiele für pigmentfreie lasermodifizierbare Markierungsstoffe sind in den Druckschriften
WO 02/101462 A1 ,
US 4343885 und
EP 0290750 B1 angegeben, deren Offenbarung insoweit in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird.
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Die Erfindung umfasst auch ein Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen mit einem nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Sicherheitsmerkmal, wobei das Sicherheitselement einen Träger aufweist, in den durch Einwirkung von Laserstrahlung eine Fläche durchlöchert wird und der laserstrahlungsmodifizierbar ist. Ein derartiges Sicherheitselement kann beispielsweise in Form eines Sicherheitsfadens, eines Etiketts, eines Transferelements oder einer Abdeckfolie für einen Fensterbereich oder ein Loch in einem Wertdokument, wie etwa einer Banknote, ausgebildet sein.
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Daneben umfasst die Erfindung auch ein Sicherheitspapier für die Herstellung von Wertdokumenten oder dergleichen mit einem nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Sicherheitsmerkmal, wobei das Sicherheitspapier einen Träger aufweist, der eine Fläche aufweist, die durch Einwirkung von Laserstrahlung durchlöchert ist und der laserstrahlungsmodifizierbar ist. Anstatt die Löcher direkt in das Sicherheitspapier einzubringen, kann dieses auch mit einem Sicherheitselement der oben beschriebenen Art versehen sein. Die Erfindung enthält weiter einen Datenträger mit einem nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Sicherheitsmerkmal, insbesondere ein Wertdokument wie eine Banknote, Ausweiskarte oder dergleichen, wobei der Datenträger einen Träger aufweist.
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Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem Sicherheitsmerkmal,
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2 eine Detailaufsicht auf das Sicherheitsmerkmal der 1,
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3(a)–(c) zur Erläuterung der Herstellung des Sicherheitsmerkmals, wobei
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3(a) schematisch eine räumliche Energieverteilung eines Laserstrahls, 3(b) eine räumliche Verteilung der beim Schneiden entstehenden Wärmeenergie, und in 3(c) detailliert die Abmessungen von durch den Laserstrahl erzeugten Löchern zeigt,
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4 eine Detailansicht auf das Sicherheitsmerkmal,
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5(a)–(c) Querschnittdarstellungen eines Lochs des Sicherheitsmerkmales, wobei 5(a) die Situation vor der Einstrahlung der Laserstrahlung zeigt und 5(b) und (c) zwei Löcher mit unterschiedlich breitem Randeffekt zeigen, und
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6 und 7 Aufsichten auf ein Sicherheitsmerkmal nach weiteren Ausführungsformen.
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Die Erfindung wird am Beispiel einer Banknote erläutert. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Banknote 10 mit einem Sicherheitsmerkmal 12. 2 im Detail das Sicherheitsmerkmal 12 aus 1, das mit einer Vielzahl von Laserlöchern mit einem Randeffekt versehen ist.
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In 2 ist das Sicherheitsmerkmal 12, das in 1 nur schematisch dargestellt ist, genauer gezeigt. Es umfasst eine Fläche 14, die durch das Einbringen einer Vielzahl von Löchern 16 durchlöchert ist. Die Fläche 14 ist in der Ausführungsform der 2 mehrteilig, so dass sich die Umrissform eines Elefanten und eines Elefantenbabys vor einer halbkreisförmigen Hintergrundfläche ergibt. Die Anordnung der Löcher 16 im Papier 18 überdeckt die Fläche 14. Jedes Loch 16 ist durch einen Laserstrahl erzeugt, wobei bevorzugt bei der Herstellung gepulste Laserstrahlung verwendet wird.
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Vor der Einbringung der Löcher 16 wurde das Papier 18 mindestens im Bereich der Fläche 14 mit einem Markierungsstoff versehen, der durch Einwirkung von Laserstrahlung hinsichtlich eines Farbeffektes modifizierbar ist. Beispielsweise hat der Markierungsstoff Effektpigmente, die bei geeigneter Bestrahlung von einem transparenten, nicht farbigen Zustand in einen roten Zustand wechseln. Jedes Loch 16 hat einen Rand, an dem eine Zone liegt, in welcher der Markierungsstoff modifiziert wurde. Dies erfolgte durch die Einwirkung der Laserstrahlung, d. h. das Einbringen eines Loches und die Modifizierung des Markierungsstoffes am Rand geschieht für jedes Loch 16 gleichzeitig.
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Das Prinzip der gleichzeitigen Erzeugung der Löcher 16 und deren Randgestaltung ist in 3(a) illustriert. 3(a) zeigt exemplarisch eine im Wesentlichen gaußförmige räumliche Intensitätsverteilung 30 eines Laserstrahls. Die Fluenz nimmt also vom Zentrum zum Rand hin ab.
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In einem inneren Bereich, einem Schnittbereich 32, überschreitet die Laserstrahlintensität die zum Schneiden des Papiers 18 benötigte Mindestenergie E1. Mit E2 ist in 3(a) eine Reaktionsenergie der Effektpigmente des Markierungsstoffes bezeichnet, bei deren Überschreiten die genannte Farbänderung erfolgt. Wie aus der Figur unmittelbar ersichtlich ist, liegt in einem äußeren Bereich des Laserstrahlprofils, einem Markierungsbereich 34, die Fluenz zwischen der für die Farbänderung benötigen Reaktionsenergie E2 und der zum Schneiden benötigen Mindestenergie E1, so dass in diesem Bereich 34 eine Farbänderung der Effektpigmente induziert wird, das Papier 18 aber nicht geschnitten wird.
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Das Papier 18 wird daher beim Laserschneiden durch den Laserstrahl in einer Zone am Rand jedes Loches 16 in perfekter Passerung zum Loch 16 verfärbt. Die Breite der farbigen Zone am Rand entspricht dabei der Breite des Markierungsbereichs 34 und hängt von der Intensitätsverteilung 30 über den Strahlquerschnitt, hier also der Reaktionsenergie der verwendeten Effektpigmente und den Materialeigenschaften des Papiers 18 ab.
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Außerhalb des Schnittbereichs 32 und des Markierungsbereichs 34 liegt die Laserstrahlintensität unterhalb der Reaktionsenergie der Effektpigmente, so dass das Papier 18 dort nicht farblich verändert wird.
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Der laserstrahlungsmodifizierbaren Markierungsstoff 19 kann auf das Papier 18 aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt werden (vgl. 3(c)), oder kann in das Volumen eingebracht werden. Dies kann bereits bei der Papierherstellung durch Beimischung der Effektpigmente zur Papiermasse bei der Blattbildung geschehen oder auch nachfolgend in einem Tauchbad oder durch eine Imprägnierung, z. B. in einer Leimpresse.
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Als Effektpigmente, die ihre sichtbare Farbe durch die Einwirkung der Laserstrahlung verändern, kommen beispielsweise thermoreaktive Farbpigmente, wie etwa Ultramarinblau, infrage.
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Es versteht sich, dass auch zwei oder mehr Effektpigmente mit unterschiedlichen Schwellenergien oder eine Kombination aus visuell und maschinell nachweisbaren Effektpigmenten eingesetzt werden kann, um mehrere gepasserte Randeffekte zu erzeugen.
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Anstelle der beispielhaft beschriebenen Effektpigmente kann auch ein pigmentfreier laserstrahlungsmodifizierbarer Markierungsstoff eingesetzt werden. Auch solche Markierungsstoffe können, beispielsweise als Stichtiefdruck- oder Druckfarbe, auf das Papier 18 aufgedruckt oder in dessen Volumen eingebracht werden. Nicht pigmentierte, laserstrahlungsmodifizierbare Beschichtungen können im unbeschrifteten Zustand eine sehr hohe Transparenz aufweisen. Durch Einwirkung von Laserstrahlung, beispielsweise eines CO2-Lasers bei 10600 nm lassen sich mit hoher Geschwindigkeit dauerhafte und kontrastreiche Markierungen, beispielsweise eine schwarze Beschriftung in der Beschichtung erzeugen.
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Neben der Modifikation des Markierungsstoffs 19 durch die Laserstrahlung selbst kommt auch eine Modifikation des Papiers 18 selbst infrage.
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Auch ist es möglich, dass die beim Laserstrahlschneiden erzeugte Wärme die Modifikation bewirkt. Auf diese Weise kann der modifizierte Randbereich der Öffnung optional sogar größer als die Strahlausdehnung sein, wie in 3(b) verdeutlicht.
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3(b) zeigt schematisch die räumliche Verteilung 30' der Wärmeenergie, die beim Schneiden einer Öffnung mit dem Laserstrahl von 3(a) erzeugt wird. Wie aus einem Vergleich der 3(a) und (b) unmittelbar ersichtlich, erstreckt sich gegebenenfalls der erwärmte Bereich aufgrund der Wärmeleitung über den Strahldurchmesser hinaus.
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Wie bereits bei 3(a) beschrieben, wird das Papier 18 im Schnittbereich 32 geschnitten, da dort die Laserenergie E die zum Schneiden benötigte Schwellenergie E1 überschreitet. Reagiert das Papier 18 oder der Markierungsstoff 19 nun zumindest auch auf die beim Schneiden erzeugte Wärmeenergie, so ergibt sich bei den für 3(b) angenommenen Verhältnissen ein Markierungsbereich 34, dessen Ausdehnung ohne Weiteres größer als der Querschnitt des Laserstrahls sein kann. Mit E2' wird hierbei die dazu nötige Reaktionsenergie bezeichnet, bei deren Überschreiten die gewünschte Farbänderung erfolgt,
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Es ist dabei optional auch möglich, dass der Markierungsstoff 19 unmittelbar neben der Schnittkante abgetragen oder zerstört wird, und erst ab einem bestimmten kleinen Abstand von der Schnittkante modifiziert wird.
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3(c) zeigt die Wirkung des Laserstrahls mit der Intensitätsverteilung 30 auf das Papier 18. In dieser Ausführungsform ist das Papier 18 mit dem Markierungsstoff 19 beschichtet. Ein Laserstrahl 44 schneidet ein Loch 16 mit einem Lochdurchmesser C, wobei das Loch im Querschnitt, wie in 3(d) zu sehen, exemplarisch kegelförmig verläuft. Als Lochdurchmesser ist in 3(d) der minimale Lochdurchmesser C eingetragen, der sich an der Austrittsseite des Laserstrahls 44 aus dem Papier 18 ergibt. Eintrittsseitig erhält man einen maximalen Lochdurchmesser, der um eine zweifache Abtragsbreite B größer ist, als der minimale Lochdurchmesser C. Die Summe aus C und 2B ergibt den maximalen Lochdurchmesser, der nachfolgend auch mit (C + 2B) bezeichnet sein soll.
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Aufgrund der nicht gleichförmigen, zum Rand des Strahlquerschnittes abfallenden Intensitätsverteilung 30 schafft man eine Zone 20, in der die Fluenz des Laserstrahls 44 über der eingangs genannten Reaktionsenergie E2 oder E2' liegt, jedoch unter der Mindestenergie, die zum Perforieren des Papiers 18 nötig ist. In diesem Bereich wird der Markierungsstoff 19 modifiziert, so dass eine ringförmige Zone 20 geschaffen wird, die das Loch 16 an der Eintrittsseite des Laserstrahls 44 umgibt und die farbig markiert ist. Das Loch 16 zeigt damit in Draufsicht einen farbigen Rand.
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Damit die Ränder mehrerer Löcher 16 zusammen einen gut wahrnehmbaren Farbeindruck ergeben, werden die Löcher 16 in der perforierten Fläche 14 vergleichsweise eng gestaffelt, wie 4 zeigt. In 4 sind die Löcher 16 exemplarisch in einer hexagonalen Anordnung, bei der der Lochabstand D, der den Abstand zwischen den Zentren einzelner Löcher 16 bezeichnet, so gewählt wurde, dass sich die Bereiche des Randeffektes gerade berühren. Der Lochabstand D entspricht damit dem Maß (C + 2B) + 2A der 3(c). Dies ist ein Randeffektdurchmesser E der 4. Die Löcher 16 sind in 4 genau in diesem Abstand E angeordnet.
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Der farbige Eindruck im Auflicht, der sich bei der Betrachtung der Fläche 16 durch die Aneinanderreihung von Zonen 20 einstellt, bleibt natürlich auch bei anderen Lochanordnungen und Lochabständen erhalten. Ab einem Lochabstand in der Größenordnung des 2,5-fachen Randdurchmessers E, also des 2,5-fachen der Summe aus maximalem Lochdurchmesser (C + 2B) plus 2-facher Zonenbreite A, wird der farbige Eindruck ungenügend.
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Ein grüner Randeffekt kann beispielsweise mit Hilfe des Markierungsstoffes Manganese Ferrite F9900 M erzeugt werden. Dessen Farbumschlag geht von Grau nach Grün. Natürlich sind auch andere Farbumschläge denkbar, z. B. auch von Rot nach Grau mit dem Farbstoff Oxide Red PR222. Beide Farbstoffe sind von der Firma Cathay Industries.
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Wesentlich für das Erzeugen der Zone 20 zum Rand hin ist es, dass der Laserstrahl 44 eine Intensitätsverteilung hat, die nicht konstant ist, also kein Top-Hat-Profil aufweist. Jedes Intensitätsprofil, bei dem die Intensität des Laserstrahls 44 zum Rand des Strahlquerschnitts hin gegenüber dem Maximalwert abnimmt, kann für das Erzeugen einer Zone 20 angewendet werden, wobei die Art des Intensitätsprofils sich natürlich auf die Breite der Zone 20 relativ zum maximalen Lochdurchmesser (C + 2B) jedes Lochs 16 auswirkt.
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Wird durch den Laserstrahl eine schräge Lochkante im Papier 18 erzeugt, so kann der Randeffekt auch entlang der gesamten Lochkante ausgebildet sein, wie in 5 zu sehen ist, wenn der Markierungsstoff 19 nicht nur an der Oberfläche, sondern in das Volumen 42 des Papiers 18 eingebracht ist, wie es in 5(a) dargestellt ist, oder das Papier 18 direkt modifiziert wird.
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Durch Beaufschlagung des Papiers 18 mit der Laserstrahlung 44 wird ein schräger Lochrand 46 erzeugt, wie es die 5(b) und (c) zeigen. Der für die Reaktion des Papiers 18/Markierungsstoffs 19 erforderliche Energieschwellwert wird dabei in einem Randbereich 48 entlang des schrägen Lochrandes 46 überschritten und das Papier/der Markierungsstoff modifiziert. Je nach Strahlprofil des Laserstrahls 44 wird so ein schmalerer oder breiterer modifizierter Randbereich 48 erzeugt, wie es die 5(b) und (c) illustrieren.
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Die 5(a) bis (c) zeigen exemplarisch nur die Erzeugung eines Loches 16, und auch das mit dem Markierungsstoff 19 versehene Volumen ist nur für ein Loch eingezeichnet. Dies erfolgte lediglich der einfacheren Darstellung halber. Tatsächlich sind natürlich die Löcher, wie in 4 gezeigt, eng beabstandet in der Fläche 19 vorgesehen.
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Statt den Lochabstand konstant zu lassen, kann durch eine Variation des Lochabstandes der Performation ein bestimmter Designeindruck erhalten werden. Beispielsweise ist es möglich, im Bereich des Hintergrundes der Fläche 14 der 2 nach oben den Lochabstand allmählich zu vergrößern. Dadurch nimmt der Farbeindruck nach oben hin ab, da in der Fläche 14 Flächenbestandteile zunehmen, die keine Zone 20 tragen. Auf diese Weise kann beispielsweise unter Verwendung eines rotfärbenden Farbstoffes der Eindruck eines Sonnenuntergangs erzeugt werden. Eine rote Färbung kann beispielsweise durch eine Beschichtung mit dem Farbstoff Polyplast PY-383 erreicht werden.
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Wird, wie in 6 dargestellt, der Markierungsstoff 19 bereichsweise in der Fläche 14 nicht vorgesehen, beispielsweise nicht aufgedruckt, zeigt sich bei Auflichtbetrachtung nur dieser Teil der Fläche 14 farbig. Dies regt zu einer Betrachtung im Durchlicht an, in der sich dann das gesamte Motiv, welches durch die durchlöcherte Fläche 14 codiert wird, zeigt. 6 zeigt exemplarisch streifenförmige Bereiche 22, in denen der Markierungsstoff 19 fehlt.
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7 zeigt eine Weiterbildung, in welcher in der Fläche 14 verschiedene Motive durch verschiedene Muster 24, 26 und 28 dargestellt werden, die sich in ihrer Geometrie unterscheiden. In der Abbildung ist für den Hintergrund eine pentagonale, für den Elefanten eine quadratische und für das Elefantenbaby eine hexagonale Lochanordnung eingesetzt. Hierdurch heben sich die Muster in Durchsicht voneinander ab, wohingegen in Aufsicht ein weitgehend einheitlicher Farbeindruck erreicht werden kann. Alternativ kann auch, insbesondere bei vergleichsweise großen Löchern, die mit dem Auge aufzulösen sind, in Durchsicht eine gute Erkennung der drei Muster 24, 26 und 28 erreicht werden, wohingegen in Aufsicht keine Unterscheidung erscheint. Die Geometrieunterschiede können auch andere Parameter betreffen, wie es im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert wurde.
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Vorliegend wurde als Substrat der Banknote exemplarisch ein Papier 18 erwähnt. Natürlich kann als Substrat auch eine Folie oder ähnliches verwendet werden, die beispielsweise in einem Fensterbereich einer Banknote eingesetzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Banknote
- 12
- Sicherheitsmerkmal
- 14
- Fläche
- 16
- Loch
- 18
- Papier
- 19
- Markierungsstoff
- 20
- Zone
- 22
- Bereich
- 24, 26, 28
- Muster
- 30
- Intensitätsverteilung
- 30'
- Wärmeenergieverteilung
- 32
- Schnittbereich
- 34, 34'
- Markierungsbereich
- 42
- Volumen
- 44
- Laserstrahlung
- 46
- Lochrand
- 48
- Randbereich
- A
- Farbeffektbreite
- B
- Abtragsbreite
- C
- Lochdurchmesser
- D
- Lochabstand
- E
- Randeffektdurchmesser
- E1, E1'
- Mindestenergie
- E2, E2'
- Reaktionsenergie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4334848 C1 [0002]
- WO 2009/003587 A1 [0003, 0012]
- WO 2009/003588 A1 [0004]
- EP 1657072 B1 [0005]
- EP 000002332012 B1 [0005]
- US 7270919 [0005]
- US 7485403 [0005]
- US 7998900 [0005]
- US 8021820 [0005]
- US 8048608 [0005]
- US 8048605 [0005]
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