DE102018109141A1 - Smartphone-verifiable, fluorescent-based security feature and device for verification Smartcard-verifiable, fluorescent-based security feature and arrangement for verification - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Smartphone-verifizierbares Sicherheitsmerkmal (01) mit einem Leuchtstoff, welcher durch eine von einem Smartphone erzeugte sichtbare elektromagnetische Strahlung zur Lumineszenz anregbar ist und nach Beendigung der Anregung über eine Abklingzeit im Bereich 1 ms bis 100 ms eine Emission zeigt, welche mittels einer Bilderfassungseinheit des Smartphones detektierbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Verifikation eines Sicherheitsdokuments (02), welches ein derartiges Sicherheitsmerkmal (01) umfasst.The invention relates to a smartphone-verifiable security feature (01) with a phosphor which is excitable by a generated by a smartphone visible electromagnetic radiation for luminescence and after completion of the excitation over a decay time in the range 1 ms to 100 ms shows an emission which by means of an image acquisition unit of the smartphone is detectable. Moreover, the invention relates to an arrangement for verifying a security document (02), which comprises such a security feature (01).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsmerkmal mit einem Leuchtstoff, dass mit der Hilfe eines handelsüblichen Smartphone verifiziert werden kann. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zur Verifizierung eines Sicherheitsdokuments mit einem solchen Sicherheitsmerkmal.The present invention relates to a security feature with a phosphor that can be verified with the aid of a commercially available smartphone. The invention also relates to an arrangement for verifying a security document with such a security feature.
Aus dem Stand der Technik ist es seit langem bekannt, mit lumineszierenden Substanzen (Leuchtstoffen)ausgestattete Sicherheitsmerkmale zum Schutz und zum Echtheitsnachweis von Wert- und Sicherheitsdokumenten einzusetzen. Sie werden zumeist als sogenannte Level-2-Merkmale verwendet. Ihre Anwesenheit kann über die mit einfachen Handgeräten (UV- oder IR- Strahlungsquellen) anregbare und zumeist im sichtbaren Spektralbereich erfolgende Emission der Leuchtstoffe nachgewiesen werden. Darüber hinaus dienen sie dem Kopierschutz. Andererseits finden mit besonders hoher Fälschungssicherheit ausgestattete lumineszierende Sicherheitsmerkmale aber auch als maschinell auslesbare Level-3-Merkmale Anwendung. Die Echtheitsverifikation derartiger Merkmale ist in der Regel mit einem hohen technischen Aufwand verbunden.It has long been known from the prior art to use security features equipped with luminescent substances (phosphors) for protecting and authenticating value and security documents. They are mostly used as so-called
Sowohl im Bereich der Sicherheits- und Wertdokumente als auch im Bereich des Produktschutzes gibt es ein zunehmendes Interesse an der Anwendung von Echtheitsmerkmalen, die eine hohe Sicherheitsstufe (Level-2+- bzw. Level-3-Charakteristik) aufweisen, sich aber mit geringem technischen Aufwand prüfen lassen.Both in the field of security and value documents as well as in the field of product protection, there is an increasing interest in the application of authenticity features, which have a high security level (level 2 + - or
So ist aus der
Die
Die
Bei der praktischen Anwendung der im vorgenannten Stand der Technik beschriebenen Leuchtstoffe haben sich zwei bislang ungelöste Probleme gezeigt. Diese vorbekannten Leuchtstoffe werden regelmäßig als sogenannte Konversionsleuchtstoffe zur Herstellung weißer LED verwendet, sodass diese Leuchtstoffe regelmäßig auch als strahlungswandelnde Bestandteile in den Blitzlicht-LED der handelsüblichen Smartphones enthalten sind. Das bedeutet, dass die Anregungsstrahlung der als Anregungsquelle verwendeten Blitzlichteinheiten der Smartphones mit hoher Wahrscheinlichkeit dieselbe Lumineszenzsignale aufweist, wie sie von dem zu untersuchenden Sicherheitsmerkmal erwartet werden. Ein sicherer Echtheitsnachweis der mit derartigen Sicherheitsmerkmalen ausgestatteten Wert- und Sicherheitsdokumente ist bereits aus diesem Grund ausgeschlossen.In the practical application of the phosphors described in the aforementioned prior art, two previously unsolved problems have been shown. These known phosphors are regularly used as so-called conversion phosphors for the production of white LED, so that these phosphors are regularly included as radiation-converting components in the flash LED of the standard smartphones. This means that the excitation radiation of the flash units of the smartphones used as the excitation source is likely to have the same luminescence signals as are expected from the security feature to be examined. A secure authentication of value and security documents equipped with such security features is already excluded for this reason.
Ein zweites Problem resultiert aus dem Umstand, dass die im Stand der Technik für die Verwendung als Sicherheitsmerkmale benannten Leuchtstoffe in aller Regel ebenso kurze Abklingzeiten im ns- bis µs-Bereich aufweisen, wie sie aus den genannten Gründen auch für die Blitzlicht-LED zutreffend sind. Bei einer Anregung mit dem Blitzlicht eines Smartphones werden die vom dem Sicherheitsmerkmal stammenden Emissionen entweder durch das Blitzlicht vollständig überlagert oder sie sind bereits abgeklungen, bevor die Bildaufnahme erfolgt. A second problem results from the fact that the phosphors designated for use as security features in the prior art usually also have short cooldowns in the range of ns to μs, as they are also applicable to the flashlight LED for the reasons mentioned , If flashed by a smartphone, the emissions from the security feature are either completely superimposed by the flash, or they have already faded before being captured.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, ein verbessertes leuchtstoffbasiertes Sicherheitsmerkmal zur Verfügung zu stellen, welches allein mithilfe eines Smartphones oder eines vergleichbaren multifunktionalen, weit verbreiteten Datenverarbeitungsgerätes verifizierbar ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Verifikation eines solchen Sicherheitsmerkmals bereitzustellen.It is an object of the present invention, based on the prior art, to provide an improved fluorescent-based security feature that is verifiable solely by means of a smartphone or a comparable multifunctional, widely used computing device. Another object of the present invention is to provide an arrangement for verifying such a security feature.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch ein mit einem Smartphone verifizierbares, leuchtstoffbasiertes Sicherheitsmerkmal gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch eine Anordnung zur Verifikation eines solchen Sicherheitsmerkmals gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10.According to the invention, the object is achieved by a verifiable with a smartphone, fluorescent-based security feature according to the accompanying claim 1 and by an arrangement for verification of such a security feature according to the attached independent claim 10th
Ein allgemeiner Lösungsgedanke für die genannte Aufgabenstellung, den die Erfindung umsetzt, besteht zunächst darin, dass ein Sicherheitsmerkmal mit einem spezifischen Leuchtstoff ausgerüstet wird, der die oben beschriebenen Probleme umgeht. Dieser Leuchtstoff muss dazu derart konfiguriert sein, dass er einerseits mit einer Lichtquelle eines Smartphones bzw. eines gleichartigen mobilen Datenverarbeitungsgerätes, also insbesondere einer Blitzlicht-LED eines Smartphones, anregbar ist. Gleichzeitig muss der Leuchtstoff eine solche Lumineszenzcharakteristik aufweisen, die es ermöglicht, die Lumineszenzsignale auch nach Beendigung des Anregungsprozesses noch mit hoher Sicherheit mit der Hilfe der Bilderfassungseinheit desselben Smartphones (mobilen Datenverarbeitungsgerätes) detektieren zu können. Dies erfordert neben einer hohen Effizient der spektralen Anregbarkeit und einer hohen Lumineszenzausbeute vor allem eine an die Ausnahmegeschwindigkeit der Bilderfassungseinheit des Smartphones angepasste Abklingzeit des erfindungsgemäßen Leuchtstoffes.A general solution to the aforementioned problem, which the invention implements, is first of all that a security feature is equipped with a specific phosphor which avoids the problems described above. This phosphor must be configured so that it is on the one hand with a light source of a smartphone or a similar mobile computing device, ie in particular a flash LED of a smartphone, excitable. At the same time, the phosphor must have such a luminescence characteristic which makes it possible to detect the luminescence signals even after the excitation process has been completed with high reliability with the aid of the image capture unit of the same smartphone (mobile data processing device). In addition to a high efficiency of the spectral excitability and a high luminescence yield, this requires above all a cooldown of the phosphor according to the invention adapted to the exceptional speed of the image acquisition unit of the smartphone.
Durch die Erfindung wird ein zuverlässig auswertbares Sicherheitsmerkmal bereitgestellt, welches es gestattet, exklusive Lumineszenzeigenschaften wie die spektrale Emissions-und Abklingcharakteristik der zur Erstellung des Sicherheitsmerkmals verwendeten Spezialleuchtstoffe als Echtheitskriterien in die Prüfung einzubeziehen. Zudem ist es von großem Vorteil, dass die abklingenden Lumineszenzsignale des erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmals weder während noch nach Beendigung der Anregung für das menschliche Auge sichtbar sind. Es hat sich gezeigt, dass die Auswahlmöglichkeiten für die Bereitstellung geeigneter Leuchtstoffe für die Realisierung der aufgezeigten erfinderischen Lösung stark eingeschränkt sind. Dies trifft insbesondere auf die geforderte Abklingcharakteristik zu.The invention provides a reliably evaluable security feature which makes it possible to include exclusive luminescence properties such as the spectral emission and decay characteristics of the special phosphors used to produce the security feature as authenticity criteria in the test. In addition, it is of great advantage that the decaying luminescence signals of the security feature according to the invention are neither visible to the human eye during nor after completion of the excitation. It has been found that the choices for the provision of suitable phosphors for the realization of the presented inventive solution are severely limited. This applies in particular to the required decay characteristic.
Die Erfindung stellt ein Level-3-Merkmal oder zumindest ein Merkmal mit Level-2+ Funktionalität bereit, wie es in Sicherheits- und Wertdokumenten zur Echtheitsverifizierung eingesetzt werden kann. Derartige Merkmale sind für das menschliche Auge in aller Regel, beispielsweise auch nach Anregung mit UV- oder IR-Lichtquellen unsichtbar. Ihre Charakteristika können bisher nur mit hohem technischem Aufwand, beispielsweise mit Hilfe von High Speed Sortiermaschinen geprüft werden. Durch die vorliegende Erfindung wird erstmals eine Echtheitsprüfung solcher exklusiven Merkmale mit Hilfe handelsüblicher Smartphones ermöglicht.The invention provides a Level-3 feature or at least one Level-2 + functionality feature as may be used in security and value documents for authenticity verification. Such features are invisible to the human eye as a rule, for example, even after excitation with UV or IR light sources. Their characteristics can be tested so far only with high technical expenditure, for example with the help of high speed sorting machines. The present invention makes it possible for the first time to verify the authenticity of such exclusive features with the aid of commercially available smartphones.
Das erfindungsgemäße Sicherheitsmerkmal kann auf oder in ein Wert- oder Sicherheitsdokument appliziert werden und umfasst einen Leuchtstoff, der mit einer elektromagnetischen Strahlung vorbestimmter Wellenlänge, wie sie von einer Beleuchtungseinheit eines Smartphones erzeugbar ist, zur Lumineszenz angeregt werden kann, woraufhin der Leuchtstoff eine von der Kameraeinrichtung eines Smartphones detektierbare Strahlung emittiert. Die Emission des Leuchtstoffes weist eine Abklingzeit im ms-Bereich auf. Bevorzugt sind die Abklingzeiten im Bereich zwischen 1 bis 100 ms, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 5 bis 50 ms, nochmals bevorzugt zwischen 10 und 30 ms ausgewählt.The security feature according to the invention can be applied to or in a value or security document and comprises a phosphor which can be excited to luminesce with an electromagnetic radiation of a predetermined wavelength, as can be generated by a lighting unit of a smartphone, whereupon the phosphor is one of the camera device of a smartphone emits detectable radiation. The emission of the phosphor has a cooldown in the ms range. Preferably, the cooldowns in the range between 1 to 100 ms, more preferably in the range between 5 to 50 ms, more preferably selected between 10 and 30 ms.
Der Abklingvorgang (Abklingprozess) kennzeichnet grundsätzlich die zeitabhängige Abnahme der Intensität der von einem Leuchtstoff emittierten Strahlung. Dabei kann die Abklingkurve häufig mit einer einfachen Exponentialgleichung der Form I = I0 e-(t/τ) beschrieben werden. Die darin enthaltene Abklingkonstante τ bezeichnet diejenige Zeitdauer bis zu der die Intensität der Emission nach dem Abschalten der Anregungsquelle 36,79 % (= 1/e-tel) der Ausgangsintensität abgefallen ist. Es hat sich allerdings erwiesen, dass nicht alle lumineszierenden Substanzen ein monoexponentielles Abklingen aufweisen. Vielmehr resultieren aus der Überlagerung unterschiedlicher Relaxationsprozesse gegebenenfalls auch multiexponentielle (beispielsweise bi- oder triexponentielle) Abklingkurven.The decay process (decay process) fundamentally characterizes the time-dependent decrease in the intensity of the radiation emitted by a phosphor. The decay curve can often be described with a simple exponential equation of the form I = I 0 e- (t / τ) . The decay constant τ contained therein denotes the time duration until which the intensity of the emission after switching off the excitation source has fallen to 36.79% (= 1 / e-tel) of the output intensity. However, it has been found that not all luminescent substances have a mono-exponential decay. Rather result from the Superposition of different relaxation processes possibly also multi-exponential (eg bi- or trie-exponential) decay curves.
Als eine besonders geeignete Leuchtstoffklasse für das Sicherheitsmerkmal haben sich Ce3+- und Mn2+- codotierte Silikat-Granat-Leuchtstoffe (CSS) erwiesen, die mit der Formel:
Gemäß einer alternativen Schreibweise kann der Leuchtstoff mit der Formel:
Bei experimentellen Untersuchungen wurde überraschenderweise festgestellt, dass phasenreine, hocheffiziente und besonders stabile Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ Leuchtstoffe vor allem dann gebildet werden, wenn bei der Berechnung der Einwaagen der Ausgangsstoffe davon ausgegangen wird, dass die Mn2+ Ionen sowohl auf Ca2+ als auch auf Sc3+ Plätzen in das Gitter eingebaut werden. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Einwaage- Berechnungen unter der Annahme erfolgen, dass etwa 75% der Mn2+ Coaktivatoren die Ca2+ und etwa 25% die Sc3+ Ionen als Gitterbestandteile ersetzen.It has surprisingly been found in experimental investigations that phase-pure, highly efficient and particularly stable Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 : Ce 3+ , Mn 2+ phosphors are formed, in particular, when calculating the initial weights of the starting materials the Mn 2+ ions are incorporated into the lattice on both Ca 2+ and Sc 3+ sites. Particularly good results are obtained if the weighing calculations are based on the assumption that about 75% of the Mn 2+ coactivators replace the Ca 2+ and about 25% replace the Sc 3+ ions as lattice constituents.
Besonders bevorzugt ist der Leuchtstoff durch folgende allgemeine chemische Formel beschreibbar:
wobei ein y/z Verhältnis von ≈ 2 bevorzugt ist.
Unter Beachtung der stöchiometrischen Faktoren entspricht dies dem angegebenen Verhältnis für die Besetzung der Ca2+ bzw. Sc3+ Gitterplätze durch Mn2+ Coaktivatorionen.With particular preference the phosphor can be described by the following general chemical formula:
wherein a y / z ratio of ≈ 2 is preferred.
Considering the stoichiometric factors, this corresponds to the stated ratio for the occupation of the Ca 2+ or Sc 3+ lattice sites by Mn 2+ co-activator ions.
Mit den beschriebenen Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ Materialien werden besonders vorteilhafte Leuchtstoffe bereitgestellt, die Emissionen mit Abklingzeiten zwischen 5 und 30 ms aufweisen und deren Lumineszenzsignale auch nach Beendigung der Blitzlichtanregung mit hoher Sicherheit unter Verwendung der Kameramodule handelsüblicher Smartphones detektiert werden können.With the described Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 : Ce 3+ , Mn 2+ materials particularly advantageous phosphors are provided which have emissions with decay times between 5 and 30 ms and their luminescence signals even after completion of the flash excitation with high security using the Camera modules of standard smartphones can be detected.
Die Emissionsspektren der erfindungsgemäßen Leuchtstoffe bestehen aus jeweils drei Banden, die der direkten Lumineszenz der Ce3+ Aktivatorionen (Bande mit einem λmax von etwa 505 nm), sowie den über den Ce3+ - Mn2+ Energietransfer ermöglichten Emissionen der auf den unterschiedlichen Gitterplätzen positionierten Mn2+ Coaktivatoren zugeordnet werden können. Die Maxima der zuletzt genannten Emissionsbanden liegen in etwa bei 570 nm (Mn2+ auf Ca2+ Platz) und bei etwa 700 nm (Mn2+ auf Sc3+ Platz).The emission spectra of the phosphors according to the invention consist of three bands, the direct luminescence of the Ce 3+ activator ions (band with a λ max of about 505 nm), as well as on the Ce 3+ - Mn 2+ energy transfer enabled emissions of the different Lattice sites positioned Mn 2+ coactivators can be assigned. The maxima of the latter emission bands are approximately at 570 nm (Mn 2+ on Ca 2+ space) and at around 700 nm (Mn 2+ on Sc 3+ space).
Die relativen Intensitäten der unterschiedlichen Emissionsbanden können über die Konzentrationen der Aktivator- und Coaktivatorionen sowie über die jeweiligen Konzentrationsverhältnisse variiert und eingestellt werden. Zudem weisen die einzelnen Emissionen unterschiedliche spektrale Abklingzeiten auf. Während die Abklingzeit der quantenmechanisch erlaubten Ce3+ Emission im Nanosekunden-Bereich liegt, werden für die beiden aus quantenmechanisch verbotenen optischen Übergängen resultierenden Mn2+ Emissionsbanden Abklingzeiten im einstelligen (Mn2+ auf Ca2+ Platz) bzw. im zweistelligen Millisekunden-Bereich (Mn2+ auf Sc3+ Platz) erreicht.The relative intensities of the different emission bands can be varied and adjusted via the concentrations of the activator and coactivator ions as well as via the respective concentration ratios. In addition, the individual emissions have different spectral decay times. While the decay time of the Ce 3+ emission allowed by quantum mechanics is in the nanosecond range, for the two Mn 2+ emission bands resulting from quantum-mechanically forbidden optical transitions, decay times are in the single-digit (Mn 2+ to Ca 2+ space) or in the tens of milliseconds range (Mn 2+ on Sc 3+ place).
Die Tatsache, dass sich die im grünen Spektralbereich anzutreffenden Emissionsbanden mit Maxima bei etwa 505 und 570 nm aufgrund ihrer vergleichsweise großen Halbwertbreiten in einem ausgeprägten Maße überlagern, führt auch zu einer Überlagerung der Abklingkurven dieser Emissionen. Dennoch sind die modifizierten CSS-Leuchtstoffe durch unterschiedliche spektrale Abklingkurven mit unterscheidbaren Abklingzeiten charakterisiert. Andererseits ergibt sich aus dieser Konstellation, dass für den Fall, dass bei den Abklingmessungen der gesamte sichtbare Spektralbereich detektiert wird, ein signifikanter Farbshift der abklingenden Lumineszenz der Leuchtstoffe resultiert. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die einzelnen Emissionsbanden auf Grund ihrer charakteristischen Überlagerungen keine monoexponentiellen Abklingkurven aufweisen. Charakteristisch sind vielmehr bi- bzw. triexponentiellen Abklingkurven.The fact that the emission bands found in the green spectral range overlap to a great extent with maxima at about 505 and 570 nm due to their comparatively large half-widths also leads to a superposition of the decay curves of these emissions. Nevertheless, the modified CSS phosphors are characterized by different spectral decay curves with distinct decay times. On the other hand, it follows from this constellation that in the case of the Decay measurements of the entire visible spectral range is detected, resulting in a significant color shift of the decaying luminescence of the phosphors. Furthermore, it has been shown that the individual emission bands have no mono-exponential decay curves due to their characteristic superimpositions. Characteristic are bi- or triexponential decay curves.
Das beschriebene spezielle Abklingverhalten trägt in hohem Maße zur Exklusivität der erfindungsgemäßen Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ Leuchtstoffe bei. Hinzu kommen weitere Eigenschaften, die diese Leuchtstoffe für die Anwendung in lumineszierenden Sicherheitsmerkmalen, deren Anwesenheit und Echtheit mit der Hilfe handelsüblicher Smartphones verifiziert werden kann, empfehlen. Zum einen sind die benannten Leuchtstoffe im ultravioletten Spektralbereich praktisch nicht anregbar und zum anderen ist die Körperfarbe der entsprechenden Lumineszenzpigmente so beschaffen, dass sie leicht an die Farbdesigns der zu schützenden Sicherheits- und Wertdokumente (Banknoten, Ausweise, Reisepässe, Führerscheine etc.) angepasst bzw. von den zur Herstellung dieser Dokumente verwendetet Druckfarben überdeckt werden kann. Das bedeutet, dass die Anwesenheit der als Sicherheitsmerkmal in die Sicherheitsdokumente eingebrachten CSS:Ce3+, Mn2+ Leuchtstoffe vom Betrachter weder mit dem bloßen Auge noch unter Zuhilfenahme üblicher UV-Anregungsquellen erkannt werden kann.The special decay behavior described contributes greatly to the exclusivity of the Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 : Ce 3+ , Mn 2+ phosphors according to the invention. In addition, there are other properties that these phosphors for use in luminescent security features whose presence and authenticity can be verified with the help of standard smartphones recommend. On the one hand, the named phosphors are virtually non-excitable in the ultraviolet spectral range and, on the other hand, the body color of the corresponding luminescent pigments is such that they are easily adapted to the color designs of the security and value documents to be protected (banknotes, identity cards, passports, driving licenses, etc.) may be covered by the inks used to make these documents. This means that the presence of the CSS: Ce 3+ , Mn 2+ phosphors as security feature in the security documents can not be detected by the observer with the naked eye or with the aid of conventional UV excitation sources.
Andererseits ist es eine besondere Ausführungsform der Erfindung, dass bei UV-Anregung wirkungsvoll lumineszierende, schnell abklingende Leuchtstoffe zu den nahezu ausschließlich im sichtbaren Spektralbereich emittierenden, vorzugsweise bei 450 nm anregbaren Leuchtstoffen mit verzögertem Abklingverhalten hinzugefügt werden. Die bei UV-Anregung deutlich wahrnehmbare stationäre Photolumineszenz der entsprechenden Zusatzkomponenten kann als eine sicherheitserhöhende Maskierung der in die Sicherheitsdokumente integrierten Sicherheitsmerkmale dienen.On the other hand, it is a particular embodiment of the invention that when UV excitation effectively luminescent, rapidly evanescent phosphors are added to the emitting almost exclusively in the visible spectral region, preferably at 450 nm excitable phosphors with delayed decay. The clearly visible in UV excitation stationary photoluminescence of the corresponding additional components can serve as a security enhancing masking of security features integrated into the security documents.
Auch wenn die Auswahlmöglichkeiten für die Bereitstellung der für die Realisierung der aufgezeigten erfinderischen Lösung benötigten Leuchtstoffe stark eingeschränkt sind, gibt es neben den Ca3Sc2Si3O12:Ce3+,Mn2+ Leuchtstoffen doch einige weitere Materialien, die auf Grund ihres Abklingverhaltens zur Herstellung erfindungsgemäßer Sicherheitsmerkmale eingesetzt werden könnten. In der nachfolgenden Tabelle sind einige der auf ihre Eignung gemäß der Erfindung getesteten Leuchtstoffkompositionen einschließlich der für die erfinderische Anwendung relevanten Lumineszenzeigenschaften zusammengestellt.
Insbesondere enthält die Tabelle Angaben zu den gemessenen Maxima der jeweiligen Emissionsbanden und zu den Abklingzeiten. Zur Bewertung der Lumineszenzausbeute und der spektralen Anregbarkeit bei 450 nm wurde eine verbale Skalierung verwendet.In particular, the table contains information on the measured maxima of the respective emission bands and on the decay times. For the evaluation of the luminescence yield and the spectral excitability at 450 nm, a verbal scaling was used.
Bei den aufgeführten Leuchtstoffen handelt es sich im Wesentlichen um Ce3+- und Mn2+- codotierte Silikat-Granate bzw. Germanat-Granate, um mit Mn2+- Ionen aktivierte und gegebenenfalls zusätzlich mit bestimmten Seltenerdionen (Ce3+, Eu2+, Dy3+) coaktivierte komplexe silikatische oder phosphatisch Grundgitter, um Cr3+- aktivierte Gallatverbindungen sowie um die Mn4+- aktivierten Leuchtstoffe BaGeF6:Mn4+ und K2SiF6:Mn4+. Diese Auflistung besitzt keinen abschließenden Charakter. Es ist davon auszugehen, dass darüber hinaus auch weitere geeignete Leuchtstoffe zur Realisierung der in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale zur Verfügung stehen.The phosphors listed are essentially Ce 3+ and Mn 2+ -coated silicate garnets or germanate garnets in order to activate with Mn 2+ ions and optionally additionally with certain rare earth ions (Ce 3+ , Eu 2 + , Dy 3+ ) coactivated complex silicate or phosphatic backbones, Cr 3+ -activated gallate compounds, and the Mn 4+ -activated phosphors BaGeF 6 : Mn 4+ and K 2 SiF 6 : Mn 4+ . This listing has no final character. It is to be assumed that, in addition, further suitable phosphors are available for realizing the features specified in the patent claims.
In diesem Zusammenhang ist es als äußerst vorteilhaft zu betrachten, als geeignet erscheinende Leuchtstoffe durch gezielte Veränderung ihrer chemischen Zusammensetzung, d.h. durch gezielt vorgenommene Substitutionen im Kationen- und/oder Anionenteilgitter, so zu modifizieren, dass sich ihre Lumineszenzeigenschaften, insbesondere ihre charakteristischen Abklingzeiten, deutlich von den in der Fachliteratur beschriebenen Daten unterscheiden. Auf diese Weise können die Exklusivität der verzögert abklingenden lumineszierenden Materialien und die Fälschungssicherheit der entsprechenden Sicherheitsmerkmale deutlich erhöht werden.In this context, it is to be regarded as extremely advantageous to consider suitable phosphors to be suitable by deliberately changing their chemical composition, i. by deliberately made substitutions in the cation and / or Anionenteilgitter, so to modify that their luminescence properties, in particular their characteristic decay times, significantly different from the data described in the literature. In this way, the exclusivity of the retarded luminescent materials and the tamper resistance of the corresponding security features can be significantly increased.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zur Erstellung der Sicherheitsmerkmale Leuchtstoffmischungen verwendet werden, deren einzelne, vorzugsweise exklusive Komponenten unterschiedliche und sensorisch unterscheidbare Abklingzeiten aufweisen. Auch in diesem Falle resultiert eine Erhöhung der Fälschungssicherheit der erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmale.A further embodiment of the invention is characterized in that phosphor mixtures are used to produce the security features whose individual, preferably exclusive components have different and sensorially distinguishable cooldowns. Also in this case results in an increase in the security against forgery of the security features of the invention.
Bevorzugt weist der Leuchtstoff eine Abklingzeit im einstelligen oder zweistelligen ms-Bereich auf, sodass die Emission des Leuchtstoffes mit einer Bilderfassungseinheit, insbesondere mit einer Kamera eines Smartphones erfassbar ist. Aktuell bekannte Smartphone-Kameras besitzen eine Bildfrequenz im Bereich von 240 fps (frames per second) bis zu 960 fps. Höhere Bildfrequenzen sind vor allem in künftigen Geräten denkbar, was der Nutzung der hier beschriebenen Erfindung aber nicht entgegensteht. Mit den derzeit bekannten Bildfrequenzen ist durch die Smartphone-Kamera ein erstes Bild nach rund 4,2 ms bzw. in Ausnahmefällen nach 1 ms aufzuzeichnen.Preferably, the phosphor has a cooldown in the single-digit or two-digit ms range, so that the emission of the phosphor can be detected with an image acquisition unit, in particular with a camera of a smartphone. Currently known smartphone cameras have a frame rate in the range of 240 fps (frames per second) up to 960 fps. Higher frame rates are conceivable, above all, in future devices, but this does not conflict with the use of the invention described here. With the currently known image frequencies, the smartphone camera records a first image after about 4.2 ms or, in exceptional cases, after 1 ms.
Die Bildfrequenz des eingesetzten Bildsensors (insbesondere Smartphone-Kamera) bestimmt eine untere Grenze für die Abklingzeit der im Sinne der Erfindung einsetzbaren Leuchtstoffe. Für den Fall, dass das Sicherheitsmerkmal im Sinne der Realisierung einer besonders hohen Sicherheitsstufe vom menschlichen Auge nicht erkannt werden soll, ist eine obere Grenze durch die Physiologie des menschlichen Sehvermögens vorgegeben. Insbesondere soll die Abklingzeit des Leuchtstoffes in diesem Falle kleiner als 1 s sein, da ein Nachleuchten des Leuchtstoffes, das länger als 1 s andauert vom menschlichen Normalbeobachter wahrgenommen werden kann.The frame rate of the image sensor used (in particular smartphone camera) determines a lower limit for the decay time of the usable in the context of the invention phosphors. In the event that the security feature in terms of the realization of a particularly high level of security is not to be recognized by the human eye, an upper limit is given by the physiology of human vision. In particular, the decay time of the phosphor in this case should be less than 1 s, since an afterglow of the phosphor, which lasts longer than 1 s can be perceived by the human normal observer.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Leuchtstoff ein Ce3+ oder Mn2+ co-dotierter Silikat-Granat-Leuchtstoff. Die stationäre Lumineszenz des Leuchtstoffes weist bei Anregung mit dem Licht weiß emittierender LED, vorzugsweise bei einer Maximumswellenlänge von 450 nm, ein breitbandiges Emissionsspektrums mit mehreren Emissionsmaxima im sichtbaren Spektralbereich auf. Diese Maxima liegen bei etwa
505 nm (zuordenbar der Emission von Ce3+-Ionen auf dodekaedrischen Ca2+-Plätzen),
570 nm (zuordenbar der sensibilisierten Emission von Mn2+-Ionen auf dodekaedrischen Ca2+-Plätzen),
700 nm (zuordenbar der sensibilisierten Emission von Mn2+-Ionen auf oktaedrischen Sc3+-Plätzen).In a preferred embodiment, the phosphor is a Ce 3+ or Mn 2+ co-doped silicate garnet phosphor. The stationary luminescence of the phosphor exhibits a broad-band emission spectrum with several emission maxima in the visible spectral range when excited with the light emitting white LED, preferably at a maximum wavelength of 450 nm. These maxima are at about
505 nm (assignable to the emission of Ce 3+ ions on dodecahedral Ca 2+ sites),
570 nm (assignable to the sensitized emission of Mn 2+ ions on dodecahedral Ca 2+ sites),
700 nm (assignable to the sensitized emission of Mn 2+ ions on octahedral Sc 3+ sites).
Die spektralen Abklingzeiten der unterschiedlichen Emissionsbanden liegen in der aufgeführten Reihenfolge im ns-, im einstelligen bzw. im zweistelligen ms-Bereich. The spectral decay times of the different emission bands are in the listed sequence in the ns, in the single-digit or in the two-digit ms range.
Bevorzugt liegt die Abklingzeit des Leuchtstoffes des Sicherheitsmerkmals im Bereich von 1 ms bis 50 ms. Besonders bevorzugt weist der Leuchtstoff des Sicherheitsmerkmals eine Abklingzeit von 10 ms bis 30 ms auf. Preferably, the cooldown of the phosphor of the security feature is in the range of 1 ms to 50 ms. The phosphor of the security feature particularly preferably has a decay time of 10 ms to 30 ms.
Damit das Sicherheitsmerkmal allein mittels eines Smartphones erfassbar ist, ist der Leuchtstoff so konfiguriert, dass er im sichtbaren Spektralbereich, insbesondere im blauen Spektralbereich anregbar ist, damit die Blitzlichtquelle des Smartphones diese Anregungsstrahlung liefern kann. Weiterhin ist der Leuchtstoff so konfiguriert, dass er im sichtbaren Spektralbereich emittiert, um abzusichern, dass er mit dem Kameramodul eines handelsüblichen Smartphones erfassbar ist. Außerdem ist der Leuchtstoff so konfiguriert, dass seine Lumineszenz nach Abschluss der Blitzlichtanregung im ms-Bereich abklingt, sodass eine sichere Verifikation nach Beendigung der Anregung möglich ist.So that the security feature can be detected solely by means of a smartphone, the phosphor is configured so that it can be excited in the visible spectral range, in particular in the blue spectral range, so that the flash light source of the smartphone can deliver this excitation radiation. Furthermore, the phosphor is configured to emit in the visible spectral range to assure that it is detectable with the camera module of a commercially available smartphone. In addition, the luminescent material is configured so that its luminescence decays after completion of the flashlamp excitation in the ms range, so that a safe verification after completion of the excitation is possible.
Das weiße Licht einer Beleuchtungseinheit eines Smartphones wird durch eine LED erzeugt, welche aus einem beispielsweise bei etwa 450 nm emittierenden LED-Halbleiterchip und einem oder mehreren oberhalb des LED-Halbleiterchip platzierten LED-Konversionsleuchtstoffen besteht. Diese Konversionsleuchtstoffe sind in der Lage, die Emission der blauen LED anteilig in längerwellige sichtbare Lumineszenzstrahlung (breitbandige Emissionen im grünen, gelben und roten Spektralbereich) mit einen Emissionsmaximum von beispielsweise etwa 560 nm umzuwandeln. Das weiße Licht der als Beleuchtungseinheit handelsüblicher Smartphones bereitstehenden LED resultiert aus der additiven Farbmischung der beschriebenen einzelnen Lumineszenzkomponenten, wobei der blaue Spektralanteil die deutlich höhere Intensität aufweist. Das bedeutet, dass der für die Bereitstellung des erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmals verwendbare Leuchtstoff vorzugsweise so konfiguriert sein muss, dass er insbesondere im Bereich zwischen 420 nm bis 470 nm eine hohe Effizienz der spektralen Anregbarkeit aufweist. Besonders bevorzugt liegt das Maximum der spektralen Anregbarkeit des Leuchtstoffes bei etwa 450 nm.The white light of a lighting unit of a smartphone is generated by an LED which consists of an LED semiconductor chip emitting, for example, at approximately 450 nm and one or more LED conversion phosphors placed above the LED semiconductor chip. These conversion phosphors are able to proportionately convert the emission of the blue LED into longer wavelength visible luminescence radiation (broadband emissions in the green, yellow and red spectral range) with an emission maximum of, for example, about 560 nm. The white light of the LED, which is available as a lighting unit for commercially available smartphones, results from the additive color mixing of the individual luminescence components described, with the blue spectral component having the much higher intensity. This means that the phosphor which can be used for providing the security feature according to the invention preferably has to be configured in such a way that it has a high spectral excitability efficiency, in particular in the range between 420 nm and 470 nm. Particularly preferably, the maximum of the spectral excitability of the phosphor is about 450 nm.
Zur Detektion der Lumineszenzsignale des Leuchtstoffes steht als Bilderfassungseinheit die Smartphone-Kamera zur Verfügung. Bevorzugt ist die Bilderfassungseinheit mit einem CMOS-Sensor und einem IR-Filter ausgestattet. Sie weist damit eine spektrale Empfindlichkeit auf, die den gesamten sichtbaren Spektralbereich bis etwa 750 nm umfasst. Mittels der Bilderfassungseinheit können Einzelbilder, Bildserien oder Videoaufnahmen aufgezeichnet werden. Dies bedeutet für den zur Erstellung des Sicherheitsmerkmals verwendeten Leuchtstoff, dass er so konfiguriert sein muss, dass nach der erfolgten Anregung mit möglichst hoher Intensität bevorzugt im Spektralbereich zwischen 480 nm und 750 nm emittiert.For detecting the luminescence signals of the phosphor, the smartphone camera is available as image capture unit. Preferably, the image capture unit is equipped with a CMOS sensor and an IR filter. It thus has a spectral sensitivity that covers the entire visible spectral range up to about 750 nm. By means of the image acquisition unit, individual images, image series or video recordings can be recorded. For the phosphor used to create the security feature, this means that it must be configured such that it emits preferably in the spectral range between 480 nm and 750 nm after the excitation has occurred with the highest possible intensity.
Das für die Verifikation des Sicherheitsmerkmals erfindungsgemäß verwendete mobile Endgerät ist vorzugsweise ein herkömmliches Smartphone. Es ist für den Fachmann verständlich, dass dieselbe Funktionalität auch in ein Tablet oder ein ähnliches multifunktionales Datenverarbeitungsgerät integriert sein kann, wozu es mit einer Kamera mit Bilderfassungseinheit und/oder Beleuchtungseinheit sowie einer Datenverarbeitungseinheit ausgerüstet sein muss. Derartig gleich wirkende Geräte sollen von der Erfindung ebenfalls umfasst sein. Bevorzugt ist die Datenverarbeitungseinheit ein Prozessor, insbesondere ein Mikroprozessor.The mobile terminal used according to the invention for the verification of the security feature is preferably a conventional smartphone. It is understood by those skilled in the art that the same functionality can also be integrated into a tablet or a similar multifunctional data processing device, for which purpose it must be equipped with a camera with image capture unit and / or illumination unit and a data processing unit. Such devices having the same effect should also be included in the invention. The data processing unit is preferably a processor, in particular a microprocessor.
Bevorzugt ist der Leuchtstoff im Sicherheitsmerkmal so angeordnet, dass er ein Muster bildet. Die Leuchtstoffpigmente sind bevorzugt als ein definiertes Muster auf einem Träger aufgebracht. Das Muster kann als eine Form, beispielsweise ein Dreieck oder ein Stern angeordnet sein. Alternativ kann das durch den Leuchtstoff gebildete Muster des Sicherheitsmerkmals selbst Daten enthalten und als ein Code, beispielsweise eine QR-Code, angeordnet sein. Die Leuchtstoffpigmente sind als Sicherheitsmerkmal beispielsweise auf ein Sicherheitsdokument aufgedruckt. Das Aufdrucken oder Applizieren kann mit bekannten Druckverfahren wie Tiefdruck, Flexodruck, Offsetdruck oder Siebdruck erfolgen. Weiterhin kann der Leuchtstoff durch Beschichtungsverfahren oder Laminierungsverfahren auf das Sicherheitsdokument aufgebracht oder in das Sicherheitsdokument eingebracht werden. Bevorzugt ist die Korngrößenverteilung der Leuchtstoffpigmente an das jeweilige Druck- und Applikationsverfahren angepasst.Preferably, the phosphor is arranged in the security feature so that it forms a pattern. The phosphor pigments are preferably applied as a defined pattern on a support. The pattern may be arranged as a shape, for example a triangle or a star. Alternatively, the security feature pattern formed by the phosphor itself may contain data and be arranged as a code, such as a QR code. The luminescent pigments are printed as a security feature, for example on a security document. The printing or application can be done with known printing methods such as gravure, flexographic, offset or screen printing. Furthermore, the phosphor can be applied to the security document by coating methods or lamination methods or incorporated into the security document. The particle size distribution of the luminescent pigments is preferably adapted to the respective printing and application method.
Bevorzugt besitzt das Sicherheitsmerkmal, insbesondere der Leuchtstoff, eine hohe Verarbeitungsstabilität. Insbesondere weist der Leuchtstoff eine hohe thermische und mechanische Stabilität auf. Der Leuchtstoff weist vorzugsweise eine hohe Alterungsbeständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen auf. Die Stabilität und die Alterungsbeständigkeit sind erforderlich, um eine sichere Verifizierbarkeit des Sicherheitsmerkmals über den gesamten Lebenszyklus des Sicherheitsdokuments zu sichern.The security feature, in particular the phosphor, preferably has a high processing stability. In particular, the phosphor has a high thermal and mechanical stability. The phosphor preferably has a high aging resistance to environmental influences. Stability and aging resistance are required to ensure secure verifiability of the security feature throughout the lifecycle of the security document.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmals, welches einen Leuchtstoff umfasst, ist darin zu sehen, dass das Sicherheitsmerkmal aufgrund der speziell konfigurierten Lumineszenzcharakteristika des Leuchtstoffes mittels eines Smartphone-Blitzlichts anregbar und seine Emission durch die Smartphone-Kamera detektierbar ist, was eine einfache, schnelle und anwenderfreundliche Verifizierung des Sicherheitsmerkmals ermöglicht. Es kann eine Authentizitätsprüfung und/oder Integritätsprüfung erfolgen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, für die Bereitstellung des Sicherheitsmerkmals einen speziellen Leuchtstoff mit Abklingzeiten im ms-Bereich auszuwählen, dessen Lumineszenzsignale auch nach Beendigung des Anregungsprozesses noch sicher messbar sind. Die Verifikation bezieht sich in vorteilhafter Weise nicht ausschließlich auf den Nachweis der Anwesenheit des Sicherheitsmerkmals, sie schließt als Echtheitskriterien auch das Emissionsspektrum, die konkrete Form der Abklingkurve (Abklingcharakteristik) und das durch die Leuchtstoffpigmente ausgebildete Muster in die Echtheitsprüfung ein. Ein weiterer Vorteil des Sicherheitsmerkmals besteht darin, dass es vom Menschen nicht visuell wahrgenommen werden kann.An advantage of the security feature according to the invention, which comprises a phosphor, is that the security feature can be excited by means of a smartphone flash light due to the specially configured luminescence characteristics of the luminescent material and its emission by the smartphone Camera is detectable, allowing a simple, fast and user-friendly verification of the security feature. An authenticity check and / or integrity check can be carried out. For the provision of the security feature, it has proved to be advantageous to select a special phosphor with cooldowns in the ms range whose luminescence signals can still be reliably measured even after the excitation process has ended. The verification advantageously does not exclusively relate to the detection of the presence of the security feature; it also includes as authenticity criteria the emission spectrum, the concrete shape of the decay curve (decay characteristic) and the pattern formed by the phosphor pigments in the authenticity check. Another advantage of the security feature is that it can not be visually perceived by humans.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst ein erfindungsgemäßes Sicherheitsmerkmal in einer der zuvor beschriebenen Ausführungen, welches auf ein Wert- oder Sicherheitsdokument angebracht oder in ein Wert- und Sicherheitsdokument eingebracht ist. Außerdem umfasst die Anordnung ein Smartphone, welches eine Beleuchtungseinheit, eine Bilderfassungseinheit und eine Datenverarbeitungseinheit umfasst.The arrangement according to the invention comprises a security feature according to the invention in one of the embodiments described above, which is attached to a value or security document or incorporated in a value and security document. In addition, the arrangement comprises a smartphone, which comprises a lighting unit, an image acquisition unit and a data processing unit.
Es hat sich herausgestellt, dass ein vorteilhafter Lösungsansatz dafür, die abklingende Lumineszenz der Leuchtstoffe nach Beendigung des Anregungsprozesse sicher messen zu können, darin besteht, als Detektionsverfahren eine Kombination von Einzelblitz und Serien- bzw. Videoaufnahmen anzuwenden, wobei die Zeitdauer der Serien- oder Videoaufnahmen die des anregenden Blitzlichtes deutlich übertreffen muss.It has been found that an advantageous approach for reliably measuring the decaying luminescence of the phosphors after the excitation process has ended is to use as a detection method a combination of single flash and serial or video recordings, the duration of the series or video recordings which must surpass the stimulating flash light significantly.
Zugleich ist die Aufnahmedauer an die Abklingzeit des verwendeten Leuchtstoffes anzupassen. Bei der letzten Aufnahme, also beim letzten Frame, sollte die Emissionsintensität des Leuchtstoffes so wie vor der Blitzlichtanregung gleich Null sein. Dann kann dieser Frame als Referenz für die Berechnung der Bilddifferenzen (B1-R; B2-R;... Bn-R) verwendet werden. Die Analyse der Bilddifferenzen, die vorzunehmende Kontrastanpassung und die Berücksichtigung und Einbeziehung weiterer Verfahren zur Bildanalyse (Histogrammanalyse der unterschiedlichen Farbkanäle) können als eine wesentliche Voraussetzung dafür betrachtet werden, mit der Hilfe des Smartphones nicht nur die Anwesenheit eines ausgewählten erfinderischen Leuchtstoffes nachzuweisen, sondern zugleich auch die spektrale Emissions- und die exklusive Abklingcharakteristik zu verifizieren.At the same time, the recording time is to be adapted to the decay time of the phosphor used. At the last shot, ie at the last frame, the emission intensity of the phosphor should be zero as it was before flashlamp excitation. Then this frame can be used as a reference for the calculation of the image differences (B 1 -R; B 2 -R; ... B n -R). The analysis of the image differences, the contrast adjustment to be made and the consideration and inclusion of further image analysis methods (histogram analysis of the different color channels) can be regarded as an essential prerequisite for detecting, with the help of the smartphone, not only the presence of a selected inventive phosphor, but at the same time as well to verify the spectral emission and the exclusive decay characteristics.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass es äußerst vorteilhaft ist, bei der Echtheitsverifikation des Sicherheitsdokumentes den Abstand zwischen dem Smartphone und dem zu prüfenden Sicherheitsmerkmal möglichst gering zu halten. Auf diese Weise können die Intensität Blitzlichtanregung erhöht und der störende Einfluss von Fremdlicht deutlich reduziert werden. Insbesondere kann der Abstand zwischen der Detektionseinrichtung und dem Sicherheitsdokument geringer als der Schafteinstellungsbereich des Smartphones gewählt werden; für die Ausnahme und Verifizierung der diffusen Lumineszenzsignale werden keine scharfen Bilder benötigt.Furthermore, it has been shown that it is extremely advantageous to keep the distance between the smartphone and the security feature to be tested as low as possible during the authenticity verification of the security document. In this way, the intensity can be increased flash stimulation and the disturbing influence of extraneous light can be significantly reduced. In particular, the distance between the detection device and the security document may be selected to be less than the shaft adjustment range of the smartphone; for the exception and verification of the diffuse luminescence signals no sharp images are needed.
Das Smartphone ist beispielsweise mit einer App derart zu konfigurieren, dass für die Verifikation des Sicherheitsmerkmals mindestens die folgenden Schritte ausgeführt werden:For example, the smartphone must be configured with an app in such a way that at least the following steps are carried out for the verification of the security feature:
In einem ersten Verfahrensschritt wird das Sicherheitsmerkmal mittels der Beleuchtungseinheit des Smartphones, vorzugsweise durch Auslösung eines Einzelblitzes des LED-Blitzlichtmodules zur Lumineszenz angeregt, sodass das Sicherheitsmerkmal eine elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich emittiert.In a first method step, the security feature is excited by means of the illumination unit of the smartphone, preferably by triggering a single flash of the LED flash module for luminescence, so that the security feature emits an electromagnetic radiation in the visible spectral range.
In einem zweiten Verfahrensschritt werden parallel zur Einzelblitz-Anregung mittels der Bilderfassungseinheit, also mit Hilfe des Kameramoduls des Smartphones, die nach Beendigung der Anregung auftretenden abklingenden Lumineszenzsignale des Leuchtstoffes des erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmals erfasst.In a second method step, the decaying luminescence signals of the phosphor of the security feature according to the invention, which occur after termination of the excitation, are detected parallel to the single-flash excitation by means of the image acquisition unit, ie with the aid of the camera module of the smartphone.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Lumineszenzcharakteristika in den erfassten Bildern mittels der Datenverarbeitungseinheit ausgewertet und mit Referenzdaten verglichen, um das Sicherheitsmerkmals zu verifizieren und die Echtheit des Sicherheitsdokuments zu bestätigen.In a further method step, the luminescence characteristics in the captured images are evaluated by the data processing unit and compared with reference data in order to verify the security feature and to confirm the authenticity of the security document.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmals auf einem Sicherheitsdokument in Gestalt einer Banknote; -
2 eine schematische Darstellung von Komponenten einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Verifikation des Sicherheitsmerkmals; -
3 eine schematische Darstellung des An- und Abklingverhaltens eines Leuchtstoffes des Sicherheitsmerkmals bei Blitzlichtanregung; -
4 ein Ablaufplan zur Durchführung der Verifikation des Sicherheitsmerkmals mit der erfindungsgemäßen Anordnung; -
5 ein Anregungsspektrum der 700 nm Emissionsbande eines erfindungsgemäßen Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1; -
6 ein Emissionsspektrum der bei 450 nm angeregten stationären Photolumineszenz des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1; -
7 spektrale Abklingkurven der unterschiedlichen Emissionsbanden eines im Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen erfinderischen Leuchtstoffes; -
8 ein Farbshift der über den gesamten sichtbaren Spektralbereich detektierten, abklingenden Lumineszenz des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1, dargestellt anhand des zeitlichen Verlaufes der x-y-Farbkoordinaten in der CIE- Normfarbtafel; -
9 Emissionsspektren der stationären Photolumineszenz der bei 450 nm angeregten Leuchtstoffe gemäß derAusführungsbeispiele 2 und 3; -
10 Abklingkurven der Hauptemissionsbanden der bei 450 nm angeregten Leuchtstoffe gemäß derAusführungsbeispiele 2 und 3;
-
1 a schematic representation of an embodiment of a security feature according to the invention on a security document in the form of a banknote; -
2 a schematic representation of components of an inventive arrangement for verification of the security feature; -
3 a schematic representation of the arrival and Abklingverhaltens a phosphor of the security feature in flash excitation; -
4 a flow chart for performing the verification of the security feature with the inventive arrangement; -
5 an excitation spectrum of the 700 nm emission band of a phosphor according to the invention according to embodiment 1; -
6 an emission spectrum of the excited at 450 nm stationary photoluminescence of the phosphor according to embodiment 1; -
7 spectral decay curves of the different emission bands of an inventive phosphor described in Example 1; -
8th a color shift of the decaying luminescence of the phosphor detected over the entire visible spectral range according to embodiment 1, illustrated by the time course of the xy color coordinates in the CIE standard color chart; -
9 Emission spectra of the stationary photoluminescence of the 450 nm excited phosphors according toembodiments -
10 Decay curves of the main emission bands of the 450 nm excited phosphors according toembodiments
Unterhalb der Zeitachse sind in
Der tendenziell vom grünen in den roten Spektralbereich führende Farbshift resultiert aus der Überlagerung der in der
Zur Herstellung des Leuchtstoffs nach Ausführungsbeispiel
Zur Herstellung des Leuchtstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 3 mit der Zusammensetzung (Ca2,745Ce0,03Mn0,225) (Sc1,925Mn0,075) Si3O12 werden 0,2747 g CaCO3, 0,1327 g SC2O3, 0,1803 g SiO2, 0,0130 g Ce (NO3)3 - 6H2O, 0,0537 g MnC2O4·2H2O und 1,8170 g Tris(hydroxymethyl)aminomethan unter Rühren und Erhitzen in einem Gemisch aus 10 ml Salpetersäure und 100 ml Wasser gelöst. Anschließend wird die Flüssigkeit eingedampft, bis sich das entstehende Gel entzündet. Der entstehende schwarze Schaum wird bei 150 °C in einem Trockenschrank getrocknet, danach fein gemörsert und in einen Porzellantiegel überführt. Nach einer ersten zweistündigen Glühung bei 1000 °C in der Luftatmosphäre eines Kammerofens sowie dem anschließenden Hinzumischen von zwei Massenprozent Borsäure zu dem abgekühlten Glühgut erfolgt eine erneute vierstündige thermische Behandlung bei 1100 °C in einer 5 %-igen Formiergas- Atmosphäre. Das bei 450 nm Anregung gemessenen Emissionsspektrum des erhaltenen Leuchtstoffes ist in der Kurve
Die beiden Ausführungsbeispiele und die dazugehörigen Figuren zeigen noch einmal mit aller Deutlichkeit, dass es sich bei den Ca3Sc2Si3O12: Ce3+, Mn2+- Leuchtstoffen um eine besonders geeignete Leuchtstoffklasse für die Ausbildung eines erfindungsgemäßen Sicherheitsmerkmals handelt. Durch Variation der Leuchtstoffzusammensetzung und der Präparationsbedingungen lassen sich zahlreiche exklusive Leuchtstoffkompositionen mit unterschiedlichem Abklingverhalten und unterscheidbarer Emissionsspektren und mit einer aus diesem Grunde ausgeprägt hohem Sicherheits- und Echtheitsniveau erstellen. Die exklusiven Eigenschaften der zum Schutze von Wert- und Sicherheitsdokumenten in der Form von Sicherheitsmerkmalen anwendbaren Leuchtstoffe können mit der Hilfe handelsüblicher Smartphones sicher verifiziert werden.The two exemplary embodiments and the associated figures show once again very clearly that the Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 : Ce 3+ , Mn 2+ phosphors are a particularly suitable class of phosphors for the formation of a security feature according to the invention. By varying the phosphor composition and the preparation conditions, it is possible to prepare numerous exclusive phosphor compositions with different decay behavior and distinguishable emission spectra and, for this reason, a markedly high level of security and authenticity. The exclusive properties of the phosphors that can be used to protect value and security documents in the form of security features can be securely verified using commercially available smartphones.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Sicherheitsmerkmalsafety feature
- 0202
- Sicherheitsdokument / BanknoteSecurity document / banknote
- 0303
- Nominalwertnominal value
- 0404
- Beleuchtungseinheitlighting unit
- 0505
- --
- 0606
- BildaufnahmeeinheitImaging unit
- 0707
- SmartphoneSmartphone
- 0808
- Blitzlichtflashlight
- 0909
- Kamera / DetektorCamera / detector
- 1010
- --
- 1111
- Emissionskurveemission curve
- 1212
- Blitzlicht-AnregungskurveFlash excitation curve
- 1313
-
Bildaufnahme des Sicherheitsmerkmals
01 Image capture of thesecurity feature 01 - 14a14a
- Startbildstart screen
- 14b14b
- Referenzbildreference image
- 1515
- CIE- Normalfarbtafel CIE standard color chart
- 41 - 4541 - 45
- Verfahrensschrittesteps
- 111111
- Emissionsspektrum des Leuchtstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 1Emission spectrum of the phosphor according to Embodiment 1
- 112112
-
Emissionsspektrum des Leuchtstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 2Emission spectrum of the phosphor according to
Embodiment 2 - 113113
-
Emissionsspektrum des Leuchtstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 3Emission spectrum of the phosphor according to
Embodiment 3 - 121121
- Anregungsspektrum des Leuchtstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 1Excitation spectrum of the phosphor according to embodiment 1
- 13111311
- Abklingkurve für die 505 nm-Emission des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1Decay curve for the 505 nm emission of the phosphor according to embodiment 1
- 13121312
- Abklingkurve für die 570 nm-Emission des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1Decay curve for the 570 nm emission of the phosphor according to embodiment 1
- 13131313
- Abklingkurve für die 700 nm-Emission des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1Decay curve for the 700 nm emission of the phosphor according to embodiment 1
- 132132
-
Abklingkurve der vorwiegend grünen Emission des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 2Decay curve of the predominantly green emission of the phosphor according to
exemplary embodiment 2 - 133 133
-
Abklingkurve der vorwiegend grünen Emission des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 3Decay curve of the predominantly green emission of the phosphor according to
exemplary embodiment 3 - 140 - 147140-147
- x-y-Farbkoordinaten der abklingenden integralen Lumineszenz des Leuchtstoffes gemäß Ausführungsbeispiel 1x-y color coordinates of the decaying integral luminescence of the phosphor according to Embodiment 1
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication |