DE102015006793A1

DE102015006793A1 - Optisch variables Sicherheitselement

Info

Publication number: DE102015006793A1
Application number: DE102015006793.1A
Authority: DE
Inventors: Maik Rudolf Johann Scherer; Josef Schinabeck
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2016-12-01
Also published as: WO2016188619A1; CN107921810A; EP3302995B1; CN107921810B; EP3302995A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisch variables Sicherheitselement (12) zur Absicherung von Wertgegenständen, bei dem – eine Reliefstruktur (22) und ein zweilagiger Farbspiegel (30) übereinander angeordnet sind und in Zusammenwirkung ein optisch variables und farbiges Erscheinungsbild in Reflexion erzeugen, wobei – der zweilagige Farbspiegel (30) aus einer reflektierenden Metallschicht (32) und einer auf der Metallschicht (32) angeordneten ultradünnen Absorberschicht (34) aus Silizium, einer Siliziumlegierung oder SiOx mit x < 1 besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisch variables Sicherheitselement zur Absicherung von Wertgegenständen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Sicherheitselements und einen Datenträger mit einem solchen Sicherheitselement.
Datenträger, wie etwa Wert- oder Ausweisdokumente, oder andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit der Datenträger gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Eine besondere Rolle bei der Echtheitsabsicherung spielen Sicherheitselemente mit betrachtungswinkelabhängigen Effekten, da diese selbst mit modernsten Kopiergeräten nicht reproduziert werden können. Die Sicherheitselemente werden dabei mit optisch variablen Elementen ausgestattet, die dem Betrachter unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln einen unterschiedlichen Bildeindruck vermitteln und beispielsweise je nach Betrachtungswinkel einen anderen Farb- oder Helligkeitseindruck und/oder ein anderes graphisches Motiv zeigen.
Optisch variable Sicherheitselement werden teilweise zusammen mit Farbspiegeln, also mit optischen Bauelementen, die Licht im sichtbaren Spektralbereich frequenzabhängig und damit farbig reflektieren, eingesetzt. Beispielsweise sind Sicherheitselemente mit mehrschichtigen Dünnschichtelementen bekannt, deren Farbeindruck sich für den Betrachter mit dem Betrachtungswinkel ändert. Der Farbkippeffekt solcher Dünnschichtelemente beruht auf betrachtungswinkelabhängigen Interferenzeffekten durch Mehrfachreflexionen in den verschiedenen Teilschichten des Elements. Der Wegunterschied des an den verschiedenen Schichten reflektierten Lichts hängt einerseits von der optischen Dicke einer dielektrischen Abstandsschicht ab, die den Abstand zwischen einer semitransparenten Absorberschicht und einer Reflexionsschicht festlegt, und variiert andererseits mit dem jeweiligen Betrachtungswinkel. Die dielektrischen Abstandsschichten solcher Dünnschichtelemente weisen typischerweise eine relativ große Dicke zwischen 200 nm und 400 nm auf und sind daher in der Herstellung zeit- und kostenintensiv.
Es ist auch bekannt, Farbspiegel durch eine Beschichtung von spiegelnden Metalloberflächen mit farbigen, semitransparenten Lacken zu bilden. Solche Gestaltungen lassen sich aber oft nicht oder nur schwer mit passergenauen und farblosen Negativtextelementen kombinieren, da die Lackschichten typischerweise nicht durch Laserstrahlung bearbeitet oder abgetragen werden können. Auch die zusätzliche Dicke der Lackschichten, die zu einem stärkeren Aufbau des Farbspiegels führt, ist oft nachteilig und insbesondere bei Sicherheitselementen für Banknoten und andere Wertdokumente nicht erwünscht.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstig herstellbares, optisch variables Sicherheitselement mit hoher Fälschungssicherheit und einem insbesondere in Reflexion attraktiven, farbigen visuellen Erscheinungsbild anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß der Erfindung ist bei einem gattungsgemäßen Sicherheitselement vorgesehen, dass

– eine Reliefstruktur und ein zweilagiger Farbspiegel übereinander angeordnet sind und in Zusammenwirkung ein optisch variables und farbiges Erscheinungsbild in Reflexion erzeugen, wobei
– der zweilagige Farbspiegel aus einer reflektierenden Metallschicht und einer auf der Metallschicht angeordneten ultradünnen Absorberschicht aus Silizium, einer Siliziumlegierung oder SiO_x mit x < 1 besteht.

Wie weiter unten genauer erläutert, lässt sich durch geeignete ultradünne Absorberschichten die Reflexionsfarbe einer Metallschicht durch Variation der Absorberschichtdicke in weiten Bereichen einstellen. Beispielsweise kann die silbrige Reflexion einer Aluminium-Metallschicht durch aufgebrachte Silizium-Absorberschichten einer Schichtdicke zwischen einigen Nanometern und etwa 35 nm praktisch stufenlos von der silbernen Reflexionsfarbe der reinen Metallschicht über eine goldene, gelbe und rote Reflexionsfarbe bis hin zu einer blauen Reflexionsfarbe einstellen. Bei Schichtdicken zwischen etwa 40 nm und 80 nm wiederholt sich diese Farbfolge, für noch größere Schichtdicken oberhalb von 80 nm zeigt das Reflexionsspektrum zwei oder mehr Reflexionsminima, so dass dann andere Farbenfolgen entstehen.
Mit einer einfach zu erzeugenden Absorberschicht geringer Schichtdicke lassen sich so insbesondere kostengünstig gold- und kupferfarbene Metallisierungen herstellen. Durch Bereiche unterschiedlicher Schichtdicke bzw. nicht beschichtete Bereiche der Metallschicht lassen sich verschiedene metallische Reflexionsfarben in einfacher Weise und in hoher räumlicher Auflösung miteinander kombinieren.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine ultradünne Absorberschicht aus Silizium herausgestellt, wobei kristallines, polykristallines oder amorphes Silizium zum Einsatz kommen kann. Weiter kommen für die ultradünne Absorberschicht auch Siliziumlegierungen, wie etwa SiAl, SiFe, SiCu oder SiTi und SiO_x mit x < 1, bevorzugt x < 0,5 und besonders bevorzugt x < 0,2 in Betracht.
Mit Vorteil weist die ultradünne Absorberschicht eine Schichtdicke zwischen 1 nm und 200 nm, bevorzugt zwischen 1 nm und 100 nm und besonders bevorzugt zwischen 5 nm und 35 nm auf.
Bei der Metallschicht des zweilagigen Farbspiegels handelt es sich mit Vorteil um Aluminium, Silber, Kupfer, Zinn, Zink, Eisen, Chrom, Nickel oder eine Legierung dieser Metalle. Die Schichtdicke der Metallschicht liegt mit Vorteil zwischen 10 nm und 100 nm, vorzugsweise zwischen 15 nm und 80 nm.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält der zweilagige Farbspiegel zumindest zwei Teilbereiche mit unterschiedlicher Schichtdicke der ultradünnen Absorberschicht einschließlich der Schichtdicke Null. Dabei weist der Farbspiegel in den zumindest zwei Teilbereichen unterschiedliche Reflexionsfarben auf, so dass die Reliefstruktur und der zweilagige Farbspiegel in Zusammenwirkung ein zumindest zweifarbiges Erscheinungsbild in Reflexion erzeugen.
Die Teilbereiche unterschiedlicher Schichtdicke können durch Bereiche gebildet sein, in denen die Schichtdicke der ultradünnen Absorberschicht jeweils von Null verschieden, aber unterschiedlich groß ist. Eine solche unterschiedliche Dicke kann insbesondere durch Masken bei dem Aufbringen der Absorberschicht, durch eine selektive Entfernung der Absorberschicht durch lithographische Verfahren oder eine Laserbeaufschlagung, oder durch eine geeignete Auslegung der Reliefstruktur, verbunden mit geeignet gewählten Bedingungen beim Aufbringen der Absorberschicht erreicht werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Farbspiegel nur in der ultradünnen Absorberschicht vorliegende Aussparungen enthalten, die Teilbereiche des Farbspiegels mit einer Absorberschicht der Schichtdicke Null bilden. Im Rahmen dieser Beschreibung wird auch ein Teilbereich in dem die optischen Eigenschaften der Absorberschicht so verändert wurden, dass sie ihre absorbierende Eigenschaft verliert, also beispielsweise durch Oxidation oder eine andere Materialumwandlung transparent wird, als Aussparung in der Absorberschicht angesehen.
In den nur in der ultradünnen Absorberschicht vorliegenden Aussparungen weist die Metallschicht vorteilhaft eine spiegelnde Reflexion auf. Insbesondere weist die Metallschicht in diesen Aussparungen eine Reflektivität von mehr als 80%, insbesondere von mehr als 90% der Reflektivität einer unbeschichteten gleichartigen Metallschicht auf.
Der Farbspiegel kann alternativ oder zusätzlich Aussparungen enthalten, die durch die Absorberschicht und die Metallschicht hindurchgehen und daher Aussparungen im gesamten Farbspiegel bilden. In diesen Aussparungen des Farbspiegels ist der Blick auf eine Untergrundschicht freigegeben oder es ergeben sich Durchsichtsbereiche in dem Sicherheitselement.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Farbspiegel mit einer Farbschicht kombiniert, die in den Aussparungen des Farbspiegels sichtbar ist. Vorzugsweise liegt die Farbschicht dabei auf der der Absorberschicht abgewandten Seite der Metallschicht vor. Durch eine solche Farbschicht kann das Sicherheitselement eine oder mehrere metallische Reflexionsfarben des Farbspiegels mit nicht-metallischen Farbeindrücken in den Aussparungen kombinieren.
Die Reliefstruktur des Sicherheitselements ist mit Vorteil durch eine diffraktive Struktur, wie etwa ein Hologramm, ein holographisches Gitterbild oder eine hologrammähnliche Beugungsstruktur gebildet. Auch achromatische Strukturen, wie etwa eine Mattstruktur, eine Mikrospiegelanordnung, ein Blazegitter mit einem sägezahnartigen Furchenprofil oder eine Fresnellinsenanordnung, oder Nanostrukturen, wie etwa eine Subwellenlängenstruktur, kommen als Reliefstruktur in Frage.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweilagige Farbspiegel als Beschichtung der Reliefstruktur ausgebildet. Dabei kann sowohl die Metallschicht als auch die Absorberschicht der Reliefstruktur zugewandt sein. Die Farbmodifikation durch die Absorberschicht ist allerdings nur bei Betrachtung von der Seite der Absorberschicht her sichtbar, so dass das Sicherheitselement je nach den gewünschten Betrachtungsrichtungen entsprechend ausgelegt werden muss.
In vorteilhaften Gestaltungen kann die Reliefstruktur so ausgebildet sein, dass sie beim Aufbringen der Absorberschicht zu bereichsweise unterschiedlichen Schichtdicken der Absorberschicht und damit zu unterschiedlichen Reflexionsfarben führt. Beispielsweise kann die Reliefstruktur Mikrospiegel mit unterschiedlicher Neigung enthalten und die Absorberschicht kann durch eine gerichtete Bedampfung, insbesondere eine Schrägbedampfung, auf die Mikrospiegel aufgebracht werden. Wie weiter unter genauer erläutert, hängt die Schichtdicke der aufgebrachten Absorberschicht dann stark von der relativen Orientierung von Mikrospiegeloberfläche und Bedampfungsrichtung ab, so dass sich durch eine geeignete Ausrichtung der Mikrospiegel gewünschte Farbeffekte erzeugen lassen.
In anderen Ausgestaltungen stellt die Reliefstruktur ein Linsenraster aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen dar, das beabstandet von dem Farbspiegel angeordnet ist. Der Farbspiegel enthält dabei vorteilhaft ein oder mehrere Sollbilder, die bei Betrachtung des Farbspiegels durch das Linsenraster aus bestimmten Betrachtungsrichtungen erkennbar sind. Insbesondere umfassen die genannten Sollbilder Aussparungen, die nur in der Absorberschicht vorliegen und/oder Aussparungen, die den gesamten Farbspiegel durchdringen. Bei der Betrachtung wirken das Linsenraster und der Farbspiegel zusammen, um das oder die Sollbilder darzustellen und dadurch ein optisch variables und farbiges Erscheinungsbild in Reflexion zu erzeugen.
Als Mikrolinsen werden im Rahmen dieser Beschreibung Linsen bezeichnet, deren Größe in zumindest einer lateralen Richtung unterhalb der Auflösungsgrenze des bloßen Auges liegt. Die Mikrolinsen können dabei beispielsweise sphärisch oder asphärisch ausgebildet sein, aber auch der Einsatz von Zylinderlinsen kommt in Betracht. Sphärische oder asphärische Mikrolinsen haben vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 5 μm und 100 μm, insbesondere zwischen 10 μm und 50 μm, besonders bevorzugt zwischen 15 μm und 20 μm. Mikrozylinderlinsen haben vorzugsweise eine Breite zwischen 5 μm und 100 μm, insbesondere zwischen 10 μm und 50 μm, besonders bevorzugt zwischen 15 μm und 20 μm. Die Länge der Mikrozylinderlinsen ist beliebig, sie kann beispielsweise beim Einsatz in Sicherheitsfäden der Gesamtbreite des Fadens entsprechen und mehrere Millimeter betragen.
In bevorzugten Ausgestaltungen weist der Farbspiegel in nicht ausgesparten Bereichen ein goldfarbenes oder rötliches, insbesondere kupferfarbenes Erscheinungsbild auf, während der Farbspiegel in den nur in der Absorberschicht vorliegenden Aussparungen vorzugsweise ein silbriges Erscheinungsbild aufweist. Wie oben erwähnt, kann der Farbspiegel auch mehrere unterschiedliche metallische Reflexionsfarben zeigen, insbesondere indem die Absorberschicht in Teilbereichen mit unterschiedlicher Dicke vorliegt.
Die Erfindung enthält auch einen Datenträger mit einem Sicherheitselement der beschriebenen Art, wobei das Sicherheitselement in vorteilhaften Gestaltungen in oder über einem Fensterbereich oder einer durchgehenden Öffnung des Datenträgers angeordnet ist. Bei dem Datenträger kann es sich insbesondere um ein Wertdokument, wie eine Banknote, insbesondere eine Papierbanknote, eine Polymerbanknote oder eine Folienverbundbanknote, um eine Aktie, eine Anleihe, eine Urkunde, einen Gutschein, einen Scheck, eine hochwertige Eintrittskarte, aber auch um eine Ausweiskarte, wie etwa eine Kreditkarte, eine Bankkarte, eine Barzahlungskarte, eine Berechtigungskarte, einen Personalausweis oder eine Passpersonalisierungsseite handeln.
Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zum Herstellen eines optisch variablen Sicherheitselements der oben beschriebenen Art, bei dem

– eine Reliefstruktur und ein zweilagiger Farbspiegel übereinander angeordnet werden, wobei
– der zweilagige Farbspiegel aus einer reflektierenden Metallschicht und einer auf der Metallschicht angeordneten ultradünnen Absorberschicht aus Silizium, einer Siliziumlegierung oder SiO_x mit x < 1 gebildet wird.

Der Farbspiegel wird vorteilhaft mit Aussparungen versehen, die nur in der ultradünnen Absorberschicht vorliegen und die Teilbereiche des Farbspiegels mit einer Absorberschicht der Schichtdicke Null bilden. Alternativ oder zusätzlich kann der Farbspiegel mit Aussparungen versehen werden, die durch die Absorberschicht und die Metallschicht hindurchgehen.
Die Aussparungen werden dabei mit besonderem Vorteil durch Einwirkung von Laserstrahlung in die Absorberschicht und/oder den gesamten Farbspiegel eingebracht. Insbesondere werden die Aussparungen in der ultradünnen Absorberschicht durch Einwirkung von Laserstrahlung mit einer Laserwellenlänge eingebracht, bei der die Absorption des Farbspiegels um mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 100%, insbesondere mehr als 200% größer ist als die Absorption der Metallschicht. Auf diese Weise kann ein hoher Energieeintrag in die Absorberschicht erreicht werden, der zur selektiven Demetallisation der Absorberschicht ohne nennenswerte Beschädigung der Metallschicht führt. Die Metallschicht zeigt daher in den Aussparungen der Absorberschicht annähernd dieselbe Reflektivität wie eine unbeschichtete Metallschicht.
Ohne an eine bestimmte Erklärung gebunden sein zu wollen, wird gegenwärtig davon ausgegangen, dass die Umwandlung der Laserenergie in Wärme überwiegend in der Absorberschicht stattfindet. Sobald die Absorberschicht demetallisiert, also entfernt oder in eine transparente Modifikation umgewandelt ist, wird die Laserstrahlung von der Metallschicht reflektiert und daher nicht mehr absorbiert bzw. im Wärme umgewandelt. Der Laserpulsenergiedichtenbereich, in dem eine selektive Demetallisierung nur der Absorberschicht erfolgen kann, ist daher relativ groß, was die Prozessstabilität erhöht und eine Produktion im industriellen Maßstab erleichtert.
Bei einer deutlich höheren Laserpulsenergie kann der gesamte Farbspiegel einschließlich der Metallschicht demetallisiert werden. Es ist also vorteilhaft möglich, mit derselben Laserquelle durch Variation der Pulsenergie entweder selektiv nur die Absorberschicht oder den gesamten Farbspiegel zu demetallisieren.
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.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen optisch variablen Sicherheitselement,
2 schematisch einen Querschnitt durch das Sicherheitselement der 1,
3 das berechnete wellenlängenabhängige Reflexionsverhalten eines zweilagigen Farbspiegels aus einer 28 nm dicken Aluminiumschicht und einer Siliziumschicht der Dicke d_Si,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Reliefstruktur des optisch variablen Sicherheitselements durch eine Mikrospiegelanordnung gebildet ist,
5 ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement, bei dem in eine Trägerfolie eine Reliefstruktur in Form einer Mikrospiegelanordnung eingeprägt und mit einer Metallschicht beschichtet ist,
7 ein Ausführungsbeispiel wie in 2, jedoch mit invertierter Schichtreihenfolge des zweilagigen Farbspiegels,
8 das Reflexionsspektrum einer 28 nm dicken Aluminiumschicht und das Reflexionsspektrum eines goldfarbenen Farbspiegels aus einer 16 nm dicken Siliziumschicht auf einer 28 nm dicken Aluminiumschicht, und
9 ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement mit einem Linsenrasterbild zur unskalierten Darstellung zweier vorbestimmter Sollbilder, die aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen sichtbar sind.
Die Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für Banknoten erläutert. 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10 mit einem erfindungsgemäßen optisch variablen Sicherheitselement 12. Das Sicherheitselement 12 zeigt ein zweifarbiges metallisch glänzendes Hologramm, bei dem im Ausführungsbeispiel ein sitzender Fuchs als Vordergrundmotiv 14 silbern glänzend vor einem goldfarbenen Hintergrund 16 in Erscheinung tritt.
Das Sicherheitselement 12 enthält auch einen Negativtext 18 in Form der Ziffernfolge ”20”, welcher kein metallisches Erscheinungsbild zeigt und nicht an der holographischen Rekonstruktion teilnimmt. Vielmehr zeigt der Negativtext 18 die Untergrundfarbe des Banknotensubstrats oder tritt, falls das Sicherheitselement 12 in einem Fensterbereich der Banknote 10 angeordnet ist, als transparentes Durchsichtsmerkmal in Erscheinung.
2 zeigt zur Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaus erfindungsgemäßer Sicherheitselemente und des Zustandekommens des zweifarbigen metallischen Erscheinungsbilds schematisch einen Querschnitt durch das Sicherheitselement 12.
Das Sicherheitselement 12 enthält eine Trägerfolie 20, beispielsweise eine transparente Polyethylenterephthalat(PET)-Folie, die mit einer Reliefstruktur 22 in Form eines Prägehologramms versehen ist, das bei Betrachtung das gewünschte Motiv, hier den sitzenden Fuchs, rekonstruiert. Über der Reliefstruktur 22 ist ein zweilagiger Farbspiegel 30 angeordnet, der in Zusammenwirkung mit der Hologramm-Reliefstruktur 22 das zweifarbige, optisch variable Erscheinungsbild erzeugt.
Der zweilagige Farbspiegel 30 besteht dabei aus einer reflektierenden Metallschicht 32, im Ausführungsbeispiel aus einer 28 nm dicken Aluminiumschicht. Auf der Metallschicht 32 ist eine ultradünne Absorberschicht 34 aufgebracht, die im Ausführungsbeispiel durch eine 14 nm dicke Siliziumschicht gebildet ist. Die beiden unterschiedlichen Reflexionsfarben des Sicherheitselements 12 werden dadurch erzeugt, dass der Farbspiegel 30 in einem Teilbereich 38 Aussparungen in der Absorberschicht 34 enthält, so dass die Absorberschicht dort eine Schichtdicke von Null aufweist, während sie in Teilbereichen 36 außerhalb der Aussparungen die nominelle Schichtdicke von 14 nm aufweist.
Im Teilbereich 38, in dem die Absorberschicht 34 ausgespart ist, erscheint das Hologramm 22 für einen Betrachter somit mit der silbrig glänzenden Farbe der Aluminium-Metallschicht 32. Dagegen ist der Farbeindruck im Teilbereich 36 von der Siliziumschicht 34 trotz ihrer geringen Schichtdicke stark modifiziert und erscheint goldfarben.
Der zweifarbige Farbspiegel 30 enthält weiter Aussparungen 40, in denen weder eine Metallschicht 32 noch eine Absorberschicht 34 vorliegt und die im Ausführungsbeispiel der 1 in Form der Ziffernfolge ”20” ausgebildet sind. Im Bereich der Aussparungen 40 ist das Prägehologramm 22 wegen der fehlenden Metallisierung praktisch nicht sichtbar und der Betrachter blickt durch das Sicherheitselement 12 hindurch auf den weißen oder gegebenenfalls bedruckten Untergrund des Banknotensubstrats. Ist das Sicherheitselement 12 in einem Fensterbereich einer Banknote aufgebracht, so treten die Aussparungen 40 als transparentes Durchsichtmerkmal in Erscheinung.
Die Farbmodifikation der Metallschicht 32 tritt nur bei der Betrachtung des Sicherheitselements 12 von der Seite der Absorberschicht 34 her auf (Betrachtungsrichtung 42). Dagegen erscheint das bis auf die Spiegelbildlichkeit unveränderte holographische Motiv bei Betrachtung von der Seite der Metallschicht 32 her (Betrachtungsrichtung 44) mit dem einfarbigen, silbrigen Erscheinungsbild der Aluminium-Metallschicht 32. Bei von beiden Seiten her betrachtbaren Sicherheitselementen 12 kann dieser unterschiedliche Farbeindruck als zusätzliches Echtheitskennzeichen genutzt werden.
Eine wesentliche Besonderheit der vorliegenden Erfindung liegt in der auf der Metallschicht 32 aufgebrachten ultradünnen Silizium-Absorberschicht 34 des zweilagigen Farbspiegels 30. Mit solchen ultradünnen Absorberschichten 34 lässt sich die Reflexionsfarbe einer Metallschicht 32 durch Variation der Absorberschichtdicke in weiten Bereichen variieren, was die Erzeugung einer Vielzahl visueller Effekte und Erscheinungsbilder gestattet.
3 zeigt hierzu das berechnete wellenlängenabhängige Reflexionsverhalten eines zweilagigen Farbspiegels aus einer reflektierenden Metallschicht in Form einer 28 nm dicken Aluminiumschicht und einer ultradünnen Absorberschicht in Form einer Siliziumschicht der Dicke d_Si. Wie sich aus der eingezeichneten Linie 50 ergibt, die einer Siliziumschichtdicke d = 14 nm entspricht, weist ein Farbspiegel mit einer solchen Siliziumschicht im kurzwelligen sichtbaren Spektralbereich eine sehr niedrige Reflektivität, im langwelligen sichtbaren Spektralbereich dagegen eine sehr hohe Reflektivität auf, so dass sich insgesamt das bei 2 beschriebene goldfarbene Erscheinungsbild ergibt.
Wie aus 3 weiter ersichtlich, wandert das Reflexionsminium der Farbspiegel mit zunehmender Schichtdicke der Siliziumschicht kontinuierlich vom blauen zum roten Ende des sichtbaren Spektrums, wobei die Reflexionsminima im Wesentlichen auf einer Reflexionsgeraden 52 liegen. Bei einer sehr geringen Schichtdicke der Siliziumschicht von einigen Nanometern, dominiert der silbrige Farbeindruck der Aluminiumschicht und der Farbspiegel erscheint silbern. Wird die Schichtdicke der Siliziumschicht sukzessive bis auf etwa 30 nm erhöht, so ergibt sich mit der Verschiebung des Reflexionsminiums ins Rote der Reihe nach ein goldener, ein gelber, ein roter und schließlich ein blauer Farbeindruck. Ab einer Schichtdicke der Siliziumschicht von etwa 35 nm wiederholt sich diese Farbfolge, da dann eine zweite, steilere Reflexionsgerade 54 mit Reflexionsminima auftritt, die das visuelle Erscheinungsbild bestimmt. Wegen der größeren Steigung der zweiten Reflexionsgerade 54 sind die Reflexionsfarben von Farbspiegeln mit einer Siliziumschicht einer Schichtdicke oberhalb von 35 nm weniger auf Dickeschwankungen der Siliziumschicht empfindlich.
4 illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Reliefstruktur 62 des optisch variablen Sicherheitselements 60 durch eine Mikrospiegelanordnung gebildet ist. Das Sicherheitselement 60 ist dabei selbst sehr flach mit maximalen Höhendifferenzen von etwa 10 μm ausgebildet, vermittelt dem Betrachter aber dennoch einen deutlichen dreidimensionalen Eindruck eines in zwei Raumrichtungen gewölbten Motivs 80, das zur Illustration als Kugelkalotte angenommen ist. Das optisch variable Sicherheitselement 60 enthält einen reflektiven Flächenbereich 64, dessen Ausdehnung eine x-y-Ebene definiert, die hier mit der Ebene des Sicherheitselements 60 zusammenfällt. Die z-Achse steht senkrecht auf der x-y-Ebene, so dass das durch die drei Achsen gebildete Koordinatensystem ein Rechtssystem bildet.
4 zeigt einen kleinen Ausschnitt des reflektiven Flächenbereichs 64 mit mehreren Pixeln 66, die entlang einer Höhenlinie 84 der gewölbten Fläche 80 liegen. In der Trägerfolie des Sicherheitselements 60 ist als Reliefstruktur 62 nicht die vom Betrachter wahrgenommene gewölbte Fläche 80 selbst ausgebildet, sondern eine Vielzahl reflektierender Pixel 66, die jeweils drei reflektierende Facetten 68 mit gleicher Orientierung enthalten. Die reflektierenden Facetten 68 stellen kleine Mikrospiegel dar, die durch ihre Orientierung das Reflexionsverhalten der gewölbten Fläche 80 imitieren. Die Anordnung der Facetten 68 wird daher im Rahmen dieser Beschreibung auch als Mikrospiegelanordnung bezeichnet.
Die reflektierenden Pixel 66 bzw. die reflektierenden Facetten 68 sind durch eine Beschichtung einer Prägelackschicht 70 mit einem zweilagigen Farbspiegel 72 gebildet, der beispielsweise aus einer 60 nm dicken Aluminiumschicht und einer auf der Aluminiumschicht aufgebrachten 18 nm dicken Siliziumschicht besteht, und der dem reflektierenden Flächenbereich 64 in Reflexion ein farbiges Erscheinungsbild verleiht.
Die Orientierung jeder Facette 68 ist durch die Neigung der Facette gegen die x-y-Ebene und einen Azimutwinkel oder auch durch die Angabe ihres Normalenvektors bestimmt. Der Azimutwinkel einer Facette ist dabei der Winkel zwischen der Projektion des Normalenvektors n in die x-y-Ebene und einer vorbestimmten Referenzrichtung. Um das Reflexionsverhalten der gewölbten Fläche 80 nachzubilden, sind die Facetten 68 jeweils so orientiert, dass ihr Normalenvektor n gerade dem über die Ausdehnung eines Pixels 66 gemittelten lokalen Normalenvektor N der gewölbten Fläche 80 entspricht.
Im Ausführungsbeispiel sind die Pixel 66 mit quadratischem Umriss ausgebildet, sie können im Allgemeinen aber auch beliebige andere Umrissformen aufweisen. Die Kantenlänge der Pixel 66 liegt unterhalb von 300 μm und liegt insbesondere im Bereich von 20 μm bis 100 μm. Länge und Breite der Facetten 68 liegen oberhalb vom 5 μm, um Farbaufspaltungen durch die Facettenanordnung selbst zu vermeiden. Die Höhe der Facetten liegt nur zwischen 0 und 10 μm, vorzugsweise zwischen 0 und 5 μm, so dass der gesamte reflektive Flächenbereich 64 Höhenunterschiede von maximal 10 μm aufweist, welche mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar sind.
Da die geometrische Reflexionsbedingung ”Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel” für die Reflexion von gerichtetem Licht 82 nur von der lokalen Orientierung des Normalenvektors der reflektierenden Fläche 80, 64 abhängt und die Pixel 66 zudem sehr klein sind und damit selbst nicht in Erscheinung treten, zeigt der reflektierende Flächenbereich 64 im Wesentlichen dieselben Reflexionseigenschaften wie die zu imitierende dreidimensionale Fläche 80, wie am Beispiel des ganz linken Pixels der 4 illustriert. Der farbig reflektierende Flächenbereich 64 erzeugt daher beim Betrachter trotz seiner geringen Höhendifferenzen den ausgeprägt dreidimensionalen Eindruck der imitierten Fläche 80.
Die reflektierenden Facetten 68 sind insgesamt so orientiert, dass der reflektive Flächenbereich 64 für einen Betrachter als gegenüber seiner tatsächlichen Raumform vor- und/oder zurückspringende Fläche 80 wahrnehmbar ist. Die tatsächliche Raumform des reflektiven Flächenbereichs 64 ist durch die Abfolge der geneigten Facetten, im Ausführungsbeispiel etwa durch die regelmäßige sägezahnartige Anordnung der Facetten 68 gegeben. Wegen der Allgemeinheit der beschriebenen Konstruktion lassen sich mit dem farbig reflektierenden Flächenbereich 64 praktisch beliebige dreidimensional wahrnehmbare Motive erzeugen, wie etwa Portraits, Darstellungen von Gegenständen, Tieren oder Pflanzen, oder räumliche Darstellungen alphanumerischer Zeichen.
Wie im Zusammenhang mit 3 für eine Silizium-Absorberschicht erläutert, hängt die Reflexionsfarbe eines zweilagigen Farbspiegels 30 stark von der Schichtdicke der Absorberschicht 34 ab. Diese Abhängigkeit kann genutzt werden, um ein Sicherheitselement mit einer Mikrospiegelanordnung in einem einzigen Arbeitsgang mit je nach Spiegelausrichtung unterschiedlichen Reflexionsfarben zu versehen. 5 zeigt zur Illustration ein Sicherheitselement 90, bei dem in eine Trägerfolie 92 eine Reliefstruktur in Form einer Mikrospiegelanordnung 94 eingeprägt und mit einer Metallschicht 96, beispielsweise einer 60 nm dicken Kupferschicht, beschichtet ist. Als Absorberschicht 98 ist eine Siliziumschicht aufgedampft, wobei durch eine Schrägbedampfung 100 je nach Spiegelneigung eine unterschiedliche Schichtdicke der Absorberschicht 98 erreicht wurde.
Wird die Absorberschicht in einer nominellen Schichtdicke d₀ aufgedampft, so wird diese nominelle Schichtdicke als maximale Schichtdicke für Mikrospiegel erreicht, deren Normalenvektor n parallel zur Bedampfungsrichtung 100 steht. Mikrospiegel, deren Normalenvektor mit der Bedampfungsrichtung 100 einen kleinen Winkel einschließen, wie etwa die Mikrospiegel 102 der 5, werden bei der Bedampfung mit einer dicken, wenn auch nicht mehr maximal dicken Absorberschicht versehen, während Mikrospiegel, deren Normalenvektor mit der Bedampfungsrichtung 100 einen großen Winkel nahe 90° einschließen, wie etwa die Mikrospiegel 104, nur mit einer dünnen Absorberschicht versehen werden. Genauer beträgt die Schichtdicke d der Absorberschicht für eine nominelle Schichtdicke d₀ bei Mikrospiegeln, deren Normalenvektor mit der Bedampfungsrichtung 100 einen Winkel β einschließt d = d₀cos(β).
Der Farbeindruck von Mikrospiegeln mit einer Absorberschicht einer Schichtdicke d kann beispielsweise mit Hilfe des Reflexionsspektren wie in 3 ermittelt werden.
Da eine Schrägbedampfung in der Produktion typischerweise mit Hilfe von Blenden realisiert wird, stellt die geringe Schichtdicke der ultradünnen Absorberschicht einen großen Vorteil gegenüber herkömmlichen Farbspiegelbeschichtungen mit dicken Dielektrikumsschichten dar. So genügt für die Herstellung eine signifikant kürzere Bedampfungsdauer, auch geht weniger Material verloren und die Blenden verschmutzen langsamer.
Farbänderungen durch Schrägbedampfen können beispielsweise bei den sogenannten RollingStar-Designs oder bei Kippbildern mit Vorteil eingesetzt werden. Zur Illustration zeigt 6 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Sicherheitsfadens 110, der in einem Flächenbereich ein RollingStar-Muster zeigt, bei dem in jeder Kippstellung zwei parallele Reihen kleiner Rechtecke 112 zu sehen sind. Beim Kippen des Sicherheitsfadens 110 um die Fadenquerachse 114 ergibt sich ein kinematischer Effekt, bei dem sich die beiden Rechteck-Reihen 112 aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegen. 6(a) zeigt das Erscheinungsbild in einer ersten Kippstellung mit kleinem Abstand der Rechteck-Reihen 112, während 6(b) das Erscheinungsbild in einer zweiten Kippstellung mit großem Abstand der Rechteck-Reihen 112 zeigt. Der unterschiedliche Abstand der Rechteck-Reihen 112 bei unterschiedlichen Kippstellungen kann in der bei 4 beschriebenen Art durch eine geeignete Anordnung unterschiedlich ausgerichteter kleiner Facetten bzw. Mikrospiegel erhalten werden.
Durch die Schrägbedampfung der Absorberschicht 98 wird der kinematische Effekt mit einem Farbeffekt kombiniert. Da die Mikrospiegel, die die Rechteck-Reihen 112 mit kleinem bzw. großem Abstand bilden, unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen, um die unterschiedliche Sichtbarkeit bei den beiden Kippstellungen zu erzeugen, werden sie bei der oben beschriebenen Schrägbedampfung auch mit unterschiedlich dicken Absorberschichten versehen. Auf diese Weise kann der Farbeindruck der Rechteck-Reihen 112 beispielsweise von einem silbernen Farbeindruck bei kleinem Abstand (6(a)) zu einem goldenen Farbeindruck bei großem Abstand (6(b)) wechseln. Der Aufmerksamkeits- und Wiedererkennungswert des kinematischen Merkmals kann dadurch auf einfache Weise noch erhöht werden.
Es versteht sich, dass die Abstandsänderungen und die Farbänderungen der Rechteck-Reihen 112 in der Realität typischerweise kontinuierlich verlaufen und in 6 nur zur Illustration auf zwei diskrete Werte beschränkt wurden.
Bei einem Sicherheitselement mit einem Kippbild können die Mikrospiegel beispielsweise so ausrichtet sein, dass in einer ersten Kippstellung ein erstes Motiv und in einer zweiten, unterschiedlichen Kippstellung ein zweites Motiv sichtbar sind. Da die Mikrospiegel unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen um die unterschiedliche Sichtbarkeit in den beiden Kippstellungen zu erzeugen, werden sie bei der oben beschriebenen Schrägbedampfung auch mit unterschiedlich dicken Absorberschichten versehen, so dass das erste Motiv beispielsweise mit silbrigem Farbeindruck und das zweite Motiv mit kupferähnlichem rötlichem Farbeindruck erscheint.
Während 2 eine Gestaltung zeigt, bei der auf der Reliefstruktur 22 zunächst die Metallschicht 32 und dann die ultradünne Absorberschicht 34 aufgebracht ist, zeigt das Sicherheitselement 120 der 7, dass auch die umgekehrte Schichtreihenfolge möglich ist. Da die Farbmodifikation der Metallschicht 32 durch die Absorberschicht 34 nur bei der Betrachtung des Sicherheitselements 12 von der Seite der Absorberschicht 34 her sichtbar ist, erscheint das Sicherheitselement 120 bei Betrachtung von der Vorderseite her (Betrachtungsrichtung 122) mit der unveränderten Reflexionsfarbe der Metallschicht 32, beispielsweise silbern. Bei Betrachtung von der Rückseite her (Betrachtungsrichtung 124) ist der Farbeindruck der Metallschicht 32 durch die ultradünne Absorberschicht 34 modifiziert, so dass beispielsweise ein gold- oder kupferfarbener Farbeindruck entsteht.
Im Teilbereich 38 ist die Absorberschicht 34 ausgespart, so dass das Sicherheitselement 120 dort auch von der Rückseite her einen silbernen Farbeindruck zeigt. In der Aussparung 40 liegt weder eine Metallschicht 32 noch eine Absorberschicht 34 vor, so dass die Aussparung 40 als transparentes Durchsichtmerkmal in Erscheinung tritt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Reliefstruktur des Sicherheitselements durch ein zweidimensionales periodisches Subwellenlängengitter gebildet, wie es beispielsweise in der Druckschrift 10 2011 101 635 A1 beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Das Subwellenlängengitter ist mit einer etwa 50 nm dicken Aluminiumschicht und einer 14 nm dicken Siliziumschicht beschichtet, welche zusammen einen zweilagigen Farbspiegel bilden. Aufgrund der Nanostrukturierung ist die Aluminiumschicht trotz ihrer relativ großen Dicke nicht opak, so dass das Sicherheitselement ein Durchsichtssicherheitselement bildet. Das Sicherheitselement erscheint in Durchsicht von beiden Seiten mit derselben Farbe, während sich in Aufsicht je nach Betrachtungsrichtung ein unterschiedlicher Farbeindruck ergibt, da die Farbmodifikation durch die Siliziumschicht bei Betrachtung in Reflexion nur von der Seite der Siliziumschicht her in Erscheinung tritt.
Zur Erzeugung der Aussparungen nur in der Absorberschicht oder im gesamten Farbspiegel kann beispielsweise in an sich bekannter Weise eine Waschfarbe aufgedruckt und nach der Bedampfung abgewaschen werden.
Mit besonderem Vorteil werden die Aussparungen in der Absorberschicht oder im gesamten Farbspiegel allerdings durch Laserbeaufschlagung, insbesondere mit gepulster Laserstrahlung erzeugt. Bei ausreichend hoher Pulsenergiedichte kann durch die Laserstrahlung der gesamte Farbspiegel demetallisiert werden, so dass Aussparungen 40, wie in den 2 und 7 gezeigt, entstehen.
Durch Auswahl einer geeigneten Laserwellenlänge kann zudem selektiv nur die Absorberschicht demetallisiert werden, ohne die Metallschicht zu beschädigen, so dass diese auch nach der Laserbeaufschlagung noch die gewünschten spiegelnden Reflexionseigenschaften aufweist. Wie weiter oben bereits erläutert, schließt der Begriff Demetallisation neben einer Ablation auch eine Umwandlung der Absorberschicht in eine transparente Modifikation, beispielsweise durch eine chemische Umwandlung, wie etwa eine Oxidation ein.
Die selektive Absorption der Absorberschicht 34 beruht auf der Beobachtung, dass der zweilagige Farbspiegel 30 insgesamt ein anderes Absorptionsverhalten als die Metallschicht 32 alleine aufweist. Zur Illustration zeigt 8 das Reflexionsspektrum 130 einer 28 nm dicken Aluminiumschicht und das Reflexionsspektrum 132 eines goldfarbenen Farbspiegels 30, der aus einer 16 nm dicken Siliziumschicht auf einer 28 nm dicken Aluminiumschicht besteht. Wie aus 8 ersichtlich zeigt der Farbspiegel 30 unterhalb einer Wellenlänge von etwa 650 nm verglichen mit der bloßen Aluminiumschicht 32 eine stark reduzierte Reflexion, die dem menschlichen Auge ein goldfarbenes Erscheinungsbild vermittelt. Da die Transmission der Aluminiumschicht 32 und des Farbspiegels 30 vernachlässigbar gering ist, wird die nicht reflektierte Strahlungsenergie jeweils absorbiert. Durch die Wahl einer Laserwellenlänge, bei der der Farbspiegel 30 stark, die Aluminiumschicht 32 jedoch kaum absorbiert, kann ein hoher Wärmeeintrag in die Absorberschicht erreicht werden, der zur selektiven Demetallisation der Absorberschicht 34 ohne nennenswerte Beschädigung der Aluminiumschicht 32 führt.
Beispielsweise kann durch eine gepulste Laserbeaufschlagung mit der Laserstrahlung eines frequenzverdoppelten Nd:YAG-Lasers einer Wellenlänge von 532 nm selektiv nur die 16 nm dicke Siliziumschicht 34 eines goldfarbenen Farbspiegels 30 demetallisiert werden. Die demetallisierten Teilbereiche zeigten das ursprüngliche silbrige Erscheinungsbild der Aluminiumschicht 32 und spiegelnde Reflexion, was auf eine im Wesentlichen unbeschädigte Oberfläche der Aluminiumschicht 32 hinweist. Bei einer deutlich höheren Pulsenergie kann der gesamte Farbspiegel 30 einschließlich der Aluminiumschicht 32 demetallisiert werden.
In weiteren Gestaltungen kann die Reliefstruktur eines optisch variablen Sicherheitselements auch durch ein Mikrolinsenraster gebildet sein, in dessen Fokusebene der zweilagige Farbspiegel angeordnet ist. Zur Illustration zeigt 9 ein Sicherheitselement 140 mit einem Linsenrasterbild zur unskalierten Darstellung zweier vorbestimmter Sollbilder, die aus unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen 142, 144 sichtbar sind.
Das Sicherheitselement 140 weist einen Träger 150 in Form einer transparenten Kunststofffolie, beispielsweise einer etwa 20 μm dicken PET-Folie auf. Die Oberseite des Trägers 150 ist mit einem Betrachtungsraster in Form einer Mehrzahl paralleler Zylinderlinsen 152 versehen, deren Breite b im Ausführungsbeispiel b = 20 μm beträgt. Auf der Unterseite des Trägers 150 ist eine Motivschicht 154 ausgebildet, wobei die Dicke des Trägers 150 und die Krümmung der Mikrolinsen 152 so aufeinander abgestimmt sind, dass die Brennweite der Mikrolinsen 152 im Wesentlichen der Dicke des Trägers 150 entspricht, so dass die Motivschicht 154 in der Fokusebene der Mikrolinsen 152 liegt.
Die Motivschicht 154 ist im Ausführungsbeispiel durch eine farbige, beispielsweise blaue Lackschicht 156 und einen über der Lackschicht 156 angeordneten zweilagigen Farbspiegel 158 mit einer Metallschicht 160 und einer ultradünnen Absorberschicht 162 gebildet. Beispielsweise handelt es sich bei der Metallschicht 160 um eine 28 nm dicke Aluminiumschicht und bei der ultradünnen Absorberschicht 162 um eine 14 nm dicke Siliziumschicht, so dass der Farbspiegel in seinen nicht ausgesparten Bereichen ein goldfarbenes Erscheinungsbild zeigt.
Um die Sollbilder zu erzeugen, wurden in den Farbspiegel 158 durch Einwirkung von Laserstrahlung eine Mehrzahl von Mikrolöchern 164, 166 eingeschrieben. Die ersten Mikrolöcher 164 wurden aus der ersten Betrachtungsrichtung 142 in der oben beschriebenen Art nur in der ultradünnen Absorberschicht 162 erzeugt. Aus der zweiten Betrachtungsrichtung 144 wurden bei höherer Pulsenergie zweite Mikrolöcher 166 erzeugt, die durch den gesamten Farbspiegel 158 hindurchgehen. Die Mehrzahl der ersten Mikrolöcher 164 bildet dabei zusammen das erste Sollbild, die Mehrzahl der zweiten Mikrolöcher 166 das zweite Sollbild. Wegen der Umkehrbarkeit des Strahlengangs ist sichergestellt, dass die mittels der Laserbeaufschlagung in den Farbspiegel 158 eingeschriebenen Sollbilder bei der späterer Betrachtung jeweils aus derselben Richtung 142, 144 sichtbar sind, aus der sie mit dem Laserstrahl einbelichtet wurden.
Da das erste Sollbild durch die Mikrolöcher 164 gebildet ist, die nur in der ultradünnen Absorberschicht 162 vorliegen, erscheint das erste Sollbild silbern vor dem goldfarbenen Hintergrund der nicht ausgesparten Farbspiegelbereiche. Das zweite Sollbild ist durch die Mikrolöcher 166 gebildet, die den gesamten Farbspiegel 158 durchdringen, so dass dort die blaue Lackschicht 156 sichtbar wird und das zweite Sollbild blau vor dem goldfarbenen Hintergrund der nicht ausgesparten Farbspiegelbereiche erscheint.
Es versteht sich, dass die in den Figuren gezeigten Sicherheitselemente typischerweise weitere Schichten, wie etwa Schutz-, Abdeck- oder weitere Funktionsschichten enthalten, die für die vorliegenden Erfindung jedoch nicht wesentlich sind und daher nicht näher beschrieben werden.
Bezugszeichenliste

10: Banknote
12: Sicherheitselement
14: Vordergrundmotiv
16: Hintergrund
18: Negativtext
20: Trägerfolie
22: Reliefstruktur
30: Farbspiegel
32: Metallschicht
34: ultradünne Absorberschicht
36, 38: Teilbereiche
40: Aussparungen
42, 44: Betrachtungsrichtungen
50: Linie Siliziumschichtdicke d = 14 nm
52, 54: Reflexionsgeraden
60: Sicherheitselement
62: Reliefstruktur
64: reflektiver Flächenbereich
66: reflektierende Pixel
68: reflektierende Facetten
70: Prägelackschicht
72: Farbspiegel
80: gewölbtes Motiv
82: gerichtetes Licht
84: Höhenlinie
90: Sicherheitselement
92: Trägerfolie
94: Mikrospiegelanordnung
96: Metallschicht
98: Absorberschicht
100: Schrägbedampfung
102, 104: Mikrospiegel
110: Sicherheitsfaden
112: Rechtecke
114: Fadenquerachse
120: Sicherheitselement
122, 124: Betrachtungsrichtungen
130, 132: Reflexionsspektra
140: Sicherheitselement
142, 144: Betrachtungsrichtungen
150: Träger
152: Mikrolinsen
154: Motivschicht
156: farbige Lackschicht
158: Farbspiegel
160: Metallschicht
162: Absorberschicht
164, 166: Mikrolöcher

Claims

Optisch variables Sicherheitselement zur Absicherung von Wertgegenständen, bei dem – eine Reliefstruktur und ein zweilagiger Farbspiegel übereinander angeordnet sind und in Zusammenwirkung ein optisch variables und farbiges Erscheinungsbild in Reflexion erzeugen, wobei – der zweilagige Farbspiegel aus einer reflektierenden Metallschicht und einer auf der Metallschicht angeordneten ultradünnen Absorberschicht aus Silizium, einer Siliziumlegierung oder SiO_x mit x < 1 besteht.
Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbspiegel zumindest zwei Teilbereiche mit unterschiedlicher Schichtdicke der ultradünnen Absorberschicht einschließlich der Schichtdicke Null enthält, und dass der Farbspiegel in den zumindest zwei Teilbereichen unterschiedliche Reflexionsfarben aufweist, so dass die Reliefstruktur und der zweilagige Farbspiegel in Zusammenwirkung ein zumindest zweifarbiges Erscheinungsbild in Reflexion erzeugen.
Sicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ultradünne Absorberschicht eine Schichtdicke zwischen 1 nm und 200 nm, vorzugsweise zwischen 1 nm und 100 nm, besonders bevorzugt zwischen 5 nm und 35 nm aufweist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht eine Schichtdicke zwischen 10 nm und 100 nm, vorzugsweise zwischen 15 nm und 80 nm aufweist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbspiegel nur in der ultradünnen Absorberschicht vorliegende Aussparungen enthält, die Teilbereiche des Farbspiegels mit einer Absorberschicht der Schichtdicke Null bilden.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbspiegel Aussparungen enthält, die durch die Absorberschicht und die Metallschicht hindurchgehen.
Sicherheitselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbspiegel mit einer Farbschicht kombiniert ist, die in den Aussparungen des Farbspiegels sichtbar ist, vorzugsweise dass die Farbschicht auf der der Absorberschicht abgewandten Seite der Metallschicht vorliegt.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reliefstruktur eine diffraktive Struktur, wie etwa ein Hologramm, ein holographisches Gitterbild oder eine hologrammähnliche Beugungsstruktur, eine achromatische Struktur, wie etwa eine Mattstruktur, eine Mikrospiegelanordnung, ein Blazegitter mit einem sägezahnartigen Furchenprofil oder eine Fresnellinsenanordnung, oder eine Nanostruktur, wie etwa eine Subwellenlängenstruktur darstellt.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweilagige Farbspiegel als Beschichtung der Reliefstruktur ausgebildet ist.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reliefstruktur ein Linsenraster aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen darstellt, das beabstandet von dem Farbspiegel angeordnet ist, und dass der Farbspiegel ein oder mehrere Sollbilder enthält, die bei Betrachtung des Farbspiegels durch das Linsenraster aus bestimmten Betrachtungsrichtungen erkennbar sind.
Sicherheitselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbilder Aussparungen nur in der Absorberschicht und/oder Aussparungen im gesamten Farbspiegel umfassen.
Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbspiegel in nicht ausgesparten Bereichen ein goldfarbenes oder rötliches, insbesondere kupferfarbenes Erscheinungsbild aufweist, vorzugsweise, dass der Farbspiegel zudem in den nur in der Absorberschicht vorliegenden Aussparungen ein silbriges Erscheinungsbild aufweist.
Datenträger mit einem Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Verfahren zum Herstellen eines optisch variablen Sicherheitselements nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem – eine Reliefstruktur und ein zweilagiger Farbspiegel übereinander angeordnet werden, wobei – der zweilagige Farbspiegel aus einer reflektierenden Metallschicht und einer auf der Metallschicht angeordneten ultradünnen Absorberschicht aus Silizium, einer Siliziumlegierung oder SiO_x mit x < 1 gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbspiegel mit Aussparungen versehen wird, die nur in der ultradünnen Absorberschicht vorliegen und die Teilbereiche des Farbspiegels mit einer Absorberschicht der Schichtdicke Null bilden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbspiegel mit Aussparungen versehen wird, die durch die Absorberschicht und die Metallschicht hindurchgehen.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen durch Einwirkung von Laserstrahlung nur in die Absorberschicht und/oder in den gesamten Farbspiegel eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen in der ultradünnen Absorberschicht durch Einwirkung von Laserstrahlung mit einer Laserwellenlänge eingebracht werden, bei der die Absorption des Farbspiegels um mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 100%, insbesondere mehr als 200% größer ist als die Absorption der Metallschicht.