DE10322794A1

DE10322794A1 - Sensor für die Echtheitserkennung eines lumineszierenden Sicherheitselements eines Wertdokuments, Wertdokument sowie Verfahren zur Herstellung eines Wertdokuments

Info

Publication number: DE10322794A1
Application number: DE10322794A
Authority: DE
Inventors: Manfred Paeschke; Oliver Muth; Hermann Hecker; Arnim Franz-Burgholz; Detlef Klepsch
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: DE10322794B4; WO2004102490A1; EP1625552A1

Abstract

Ein Sensor (1) für die Echtheitserkennung eines lumineszierenden Sicherheitselements (2) eines Wertdokuments (4) mit einem Emitter (6) zur Erzeugung eines Abtastsignals mit einer Anregungswellenlänge und mit einem Strahlungsempfänger (12) zur Erfassung eines vom Sicherheitselement (2) emittierten Antwortsignals mit einer Antwortwellenlänge soll für eine besonders hohe Nachweisempfindlichkeit und -genauigkeit bei der Echtheitsüberprüfung des Wertdokuments (4) geeignet sein. Dazu ist erfindungsgemäß der Emitter (6) zur Erzeugung des Abtastsignals mit einer Anregungswellenlänge von etwa 940 nm bis 990 nm und der Strahlungsempfänger (12) zur Erfassung des Antwortsignals mit einer Antwortwellenlänge von etwa 800 +/- 10 nm ausgelegt. Ein Wertdokument (4) mit mindestens einem für eine Echtheitserkennung durch einen derartigen Sensor (1) ausgelegten Sicherheitselement (2) umfasst erfindungsgemäß in einem Markierungsbereich (14) eine auf einem Trägerkörper (16) aufgebrachte, lumineszierende Anti-Stokes-Pigmente (20) umfassende Markierungsschicht (18), die von einer NIR-transparenten Deckschicht (22) abgedeckt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor für die Echtheitserkennung eines lumeniszierenden Sicherheitselements eines Wertdokuments, mit einem Emitter zur Erzeugung eines Abtastsignals mit einer Anregungswellenlänge, und mit einem Strahlungsempfänger zur Erfassung eines vom Sicherheitselement emittierten Antwortsignals mit einer Antwortwellenlänge. Sie bezieht sich weiter auf ein Wertdokument mit mindestens einem für eine Echtheitserkennung durch einen derartigen Sensor ausgelegten Sicherheitselement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Wertdokuments.
Zum Schutz vor Fälschungen oder Nachahmungen werden Wert- oder Sicherheitsdokumente, wie beispielsweise Banknoten, Ausweiskarten oder Chipkarten, mit sogenannten Sicherheitsmerkmalen oder Sicherheitselementen versehen, die beispielsweise bei papierförmigen Wertdokumenten unter anderem eine Nachahmung durch Anfertigung von Farbkopien sicher ausschließen sollen. Die Sicherheitselemente können dabei insbesondere als optisch variable Elemente, wie beispielsweise Hologramme oder Interferenzschichtelemente, ausgestaltet sein, die beim Betrachten abhängig vom Betrachtungswinkel unterschiedliche Farbeindrücke vermitteln, beim Kopiervorgang aber nicht auf die Kopie mit übertragen werden. Derartige Sicherheitselemente sind jedoch nicht oder nur schwer maschinell auslesbar oder auswertbar, so dass eine automatisierte Sicherheitsüberprüfung der jeweiligen Wertdokumente nur bedingt und mit hohem technischem Aufwand möglich ist.

Gerade bei der Ausgestaltung eines Wertdokuments als Datenträger, wie beispielsweise als Identifikationskarte, Kreditkarte, Reisepaß, Führerschein oder der gleichen, ist jedoch zusätzlich zu einer visuell erkennbaren Echtheitsüberprüfung auch die Möglichkeit zur maschinellen Echtheitsüberprüfung bei hoher Fälschungssicherheit von besonderer Bedeutung. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise aus der DE 101 13 266 A1 und aus der DE 101 13 267 A1 bekannt, lumeniszierende Anti-Stokes-Pigmente in einem Sicherheitselement eines Wertdokuments einzusetzen.

Bei der Verwendung derartiger Anti-Stokes-Pigmente erfolgt über einen geeigneten Sensor die Einstrahlung eines von einem Emitter, insbesondere einem Laser, erzeugten Abtastsignals in den Markierungsbereich, in dem die Anti-Stokes-Pigmente vorgehalten sind. In Reaktion auf das eingestrahlte Abtastsignal emittieren die Anti-Stokes-Pigmente im sogenannten „up-conversion-modus" ein Antwortsignal mit einer im Vergleich zur Anregungswellenlänge kürzeren Antwortwellenlänge, das in einem geeignet ausgelegten Strahlungsempfänger erfasst wird. Die Anregbarkeit der Anti-Stokes-Pigmente ist dabei von der eingestrahlten Anregungswellenlänge abhängig, wobei zudem die ausgesandte Antwortwellenlänge charakteristisch für die Materialeigenschaften des eingesetzten Anti-Stokes-Pigments, insbesondere für dessen Aktivator- und Codotierung im Hinblick auf das eingesetzte Wirtsgitter, ist. Durch eine Auswertung der ausgesandten Antwortwellenlänge im Vergleich zur eingestrahlten Anregungswellenlänge, möglicherweise unter zusätzlicher Auswertung der Signalform des abgestrahlten Antwortsignals, ist daher eine vergleichsweise zuverlässige Zuordnung der Signatur des Antwortsignals zu für bestimmte Anti-Stokes-Pigmente erwarteten Signaturen möglich. Bei Übereinstimmung der festgestellten mit einer erwarteten Signatur kann somit auf die erwartungsgemäße Anwesenheit einer bestimmten Gruppe von Anti-Stokes-Pigmenten und darüber auf die Echtheit des mit einem derartigen lumineszierenden Sicherheitsmerkal versehenen Wertdokuments geschlossen werden.

Zum Einsatz bei der Echtheitserkennung von Wertdokumenten mit derartigen lumineszierenden Sicherheitselementen sind die aus der EP 1170707 A2 und der EP 1160719 A2 bekannten Sensoren besonders geeignet. Derartige Sensoren umfassen einen Emitter zur Erzeugung des Abtastsignals und einen Strahlungsempfänger zur Erfassung des Antwortsignals und können statisch – ortsfest oder auch mobil als Handsensor ausgeführt sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der oben genannten Art derart weiterzubilden, dass eine besonders hohe Nachweisempfindlichkeit und – genauigkeit bei der Echtheitsüberprüfung des Wertdokuments erreichbar ist. Desweiteren sollen ein für eine Echtheitserkennung durch einen derartigen Sensor besonders geeignetes Wertdokument sowie ein Verfahren zur Herstellung des Wertdokuments angegeben werden.

Bezüglich des Sensors wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Emitter zur Erzeugung des Abtastsignals mit einer Anregungswellenlänge von etwa 940 nm bis 990 nm und der Strahlungsempfänger zur Erfassung des Antwortsignals mit einer Antwortwellenlänge von etwa 800 +/– 10 nm ausgelegt ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass für eine besonders hohe Nachweisempfindlichkeit die Auswertung der Lumineszenzeigenschaften des Sicherheitselements gezielt auf eine besonders hohe erreichbare Signalintensität der Anti-Stokes-Pigmente ausgerichtet sein sollte. Gerade im Hinblick auf die für eine Verwendung in Wertdokumenten besonders geeigneten Typklassen von Anti-Stokes-Pigmenten hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die im nahen Infrarot (NIR)-Bereich gelegene, eigentlich unsichtbare Anti-Stokes-Bande eine besonders hohe, im Vergleich zur Emission im sichtbaren Bereich etwa 100- bis 500-fach überhöhte Lumineszenzintensität aufweist. Durch eine gezielte Nutzung dieser Anti-Stokes-Lumineszenz ist daher auch mit relativ kleinen Beimischungen der Anti-Stokes-Pigmente im Markierungsbereich eines Wertdokuments eine maschinell gut und zuverlässig auswertbare Signalintensität erreichbar. Der Sensor ist somit gezielt auf die Auswertung diese NIR-Lumineszenz ausgelegt.

Wie sich weiterhin überraschend herausgestellt hat, kann durch eine gezielte Variation der Aktivatorkonzentration und der Codotierungskonzentration im Anti-Stokes-Pigment eine Beeinflussung des Ankling- und des Abklingzeitverhaltens der jeweiligen Lumineszenzen erreicht werden. Durch eine Auswertung des Ankling- und des Abklingzeitverhaltens der Lumineszenz ist somit ein noch detaillierterer Rückschluss auf die genaue Zusammensetzung der verwendeten Anti-Stokes-Pigmente ermöglicht. Um dies auch für die Echtheitsüberprüfung im Sinne einer hohen Vielzahl verschiedenartiger denkbarer Pigmentsorten nutzbar zu machen, ist der Strahlungsempfänger des Sensors vorteilhafterweise zur Erfassung einer Anklingzeit und/oder einer Abklingzeit des Antwortsignals ausgelegt.

Vorteilhafterweise ist der Sensor in ein ortsfestes Kartenlesegerät integriert oder als mobiles und/oder körpergetragenes Lesegerät ausgeführt.

Bezüglich des Wertdokuments wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass das Sicherheitselement des Wertdokuments in einem Markierungsbereich eine lumineszierenden Anti-Stokes-Leuchtstoff umfassende Markierungsschicht umfasst, die von einer NIR- transparenten Deckschicht abgedeckt ist. Der Anti-Stokes-Leuchtstoff liegt dabei vorzugsweise in Form von Anti-Stokes-Pigmenten vor.

Dabei ist vorgesehen, das Wertdokument in seiner Gesamtheit gezielt auf eine gemeinsame Verwendung mit dem Sensor zur Echtheitserkennung auszurichten. Es sollte somit eine Markierungsschicht vorhanden sein, die durch die Anregungswellenlänge des Sensors anregbare Anti-Stokes-Pigmente umfasst, die in ihrer Lumineszenzantwort mit der vorgesehenen Antwortwellenlänge emittieren. Um die in der Markierungsschicht vorgehaltenen Anti-Stokes-Pigmente für eine hohe Dokumentensicherheit aber auch vor externen Einflüssen und insbesondere vor Manipulationen zu schützen, sollte die Markierungsschicht in der Art einer versteckten, gekapselten oder geschützten Ausführung von einer Deckschicht abgedeckt sein. Die gezielte Auswertung der Luminezsenzerscheinungen im NIR-Bereich bleibt dabei ungehindert erhalten, indem die Deckschicht für Strahlung im nahen Infrarotbereich, d. h. insbesondere für Wellenlängen von mehr als 780 nm und weniger als 1200 nm, transparent gehalten ist.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist die NIR-transparente Deckschicht als Druckschicht, als Folie oder als opake Schicht ausgebildet. In alternativer vorteilhafter Ausgestaltung ist die NIR-transparente Deckschicht als opakes Substrat mit einer Dicke von mehr als 20 μm vorzugsweise mehr als 50 μm, ausgeführt.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung werden als Anti-Stokes-Pigmente besonders feinkörnige und in allen bekannten Sicherheitsdrucktechniken und Haftvermittlerschichten wie auch in Papierkörpern und Kunststoff-Folien verarbeitbare Sicherheitspigmente verwendet. Dazu ist der Anti-Stokes-Leuchtstoff vorteilhafterweise in Form eines Seltenerd-aktivierten, vorzugsweise Thulium-aktivierten und Ytterbium-codotierten Wirtsgitters ausgestaltet. Als Wirtsgitter oder Matrixmaterial kommt dabei insbesondere Gadoliniumoxysulfid (GdO₂S), Yttriumoxysulfid (YO₂S), Lanthanoxysulfid (LaO₂S) und/oder Lutetiumoxysulfid (LuO₂S) in Betracht. Derartige Anti-Stokes-Pigmente können in sehr geringer Füllmenge sowohl einer einzelnen Druckfarbe im sichtbaren Motiv beigemengt werden als auch als eigenständige, unsichtbare maschinenlesbare Druckmerkmale ausgeführt werden, wie beispielsweise Bar-Codes oder 2D-Codes oder Symbole, Diagramme, Muster oder Buchstaben-Zahlen-Kombinationen für beispielsweise einen OCR-Leser und dergleichen Lesegeräte.

Zwar weisen die genannten Anti-Stokes-Pigmente auch Anti-Stokes-Banden im visuell sichtbaren Bereich insbesondere zwischen 460 und 490 nm und zwischen 630 und 670 nm sowie zwischen 680 und 720 nm auf, die allerdings wesentlich weniger intensiv sind als die nunmehr zur Auswertung vorgesehene Anti-Stokes-Lumineszenz im NIR-Bereich. Die mit derartigen Anti-Stokes-Pigmenten erzeugten Sicherheitsmerkmale können in sehr feiner Körngrößenverteilung von einigen Mikrometer Abmessung verwendet werden und sind je nach Füllgrad in bevorzugt innenliegenden Druckgebilden unsichtbar bis weißlich. Gerade bei Verzicht auf die Verwendung der Emission im sichtbaren Wellenlängenbereich bei der Echt heitsprüfung kann ein derartiges Anti-Stokes-Pigment auch innenliegend in Dokumenten verwendet werden, wobei für die Auswertbarkeit lediglich sicherzustellen ist, dass die umgebenen Schichten NIR-transparent gehalten sind. Derartige Anti-Stokes-Pigmente können somit drucktechnisch oder flächenhaft bis vollflächig für das menschliche Auge völlig unsichtbar am Wertdokument angeordnet sein.

Um eine hohe Auslesegeschwindigkeit bei der Echtheitsprüfung zu ermöglichen und andererseits auch durch gezieltes Einstellen des Abkling- oder Anklingverhaltens eine nach verschiedenen Pigmenten differenzierte Echtheitsüberprüfung zu gewährleisten, weist das Anti-Stokes-Pigment vorteilfhafterweise einen Ytterbium-Anteil von 0,05 ≤ x ≤ 0,80, vorzugsweise von 0,20 ≤ x ≤ 0,60, und einen Seltenerd-Anteil von 0,0001 ≤ y ≤ 0,10, vorzugsweise von 0,0001 ≤ y ≤ 0,05, auf. Zur gezielten Beeinflussung der An- und Abklingcharakteristik des Anti-Stokes-Pigments können zudem weitere Kationen- und/oder Anionen in das Wirtsgitter eingebaut sein. Durch eine geeignete Wahl der Konzentrationen ist insbesondere erreichbar, dass die Abklingzeit in einem Bereich von 1 bis 200 μs und insbesondere von 10 bis 50 μs eingestellt werden kann.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist das Wertdokument für drucktechnische Herstellungsverfahren besonders geeignet. Um die Einarbeitung des Anti-Stokes-Pigments in das Sicherheitselement auf besonders einfache Weise, vorzugsweise über ein übliches Druckverfahren, zu ermöglichen, weist das Anti-Stokes-Pigment vorteilhafterweise eine mittlere Partikelgröße von weniger als 5 μm, in besonders vorteilhafter Ausgestaltung weniger als 3 μm, insbesondere weniger als 2 μm, auf. Die Anti-Stokes-Pigmente sind dabei vorteilhafterweise in Form von kleinen anorganischen Partikeln in einer Druckfarbe eingearbeitet, wobei der Füllgrad im Bereich von 1 bis 30 Gewichtsprozent, vorteilhafterweise im Bereich von 1 bis 20 Gewichtsprozent und bevorzugt im Bereich von 5 bis 10 Gewichtsprozent gewählt ist, so dass die graphische und insbesondere farbliche Gestaltung nicht störend beeinflusst wird.

Das Wertdokument kann insbesondere in der Art eines Datenträgers als sogenannte ID-Karte, Reisepass, Visum, Führerscheinausweis, Kreditkarte, Postwertzeichen, Coupon, allgemeines Wertzeichen, Banknote oder dergleichen ausgestaltet sein, wobei mit hoher Zuverlässigkeit eine Echtheitsprüfung mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s durchführbar ist. Das Sicherheitselement mit den lumineszierenden Anti-Stokes-Pigmenten ist weiterhin in besonders vorteilhafter Ausgestaltung in einer für das menschliche Auge unsichtbaren Form als maschinenlesbare Codierung in Form von individuellen oder gleichbleibenden Codes in Form von Bar-Codes, 2-D-Codes, Ziffer-Zahl-Symbol-Elementen oder dergleichen im Datenträger angebracht, wobei die Echtheitserkennung mit dem Sensor und dessen Auswerteeinheit derart erfolgt, dass der Code mittels eines geheimen und in der Auswerteeinheit angeordneten Algorithmus in Form eines Softwaremoduls oder auch bevorzugt in Form eines elektronischen Bausteins und/oder in einer externen Auswerteeinheit in Verbindung mit einem anderen Informationselement auf dem Datenträger auf Echtheit verifiziert werden kann, wobei Informationselemente wie Magnetstreifen, Bar-Codes, EAN-Codes und dergleichen drucktechnische Codes oder auch kontaktbehaftete und/oder kontaktlose Chipkarten bzw. RFID-Elemente in Form von ROM-Speicherelementen mit einmaligen IC-Seriennummern von beispielsweise einigen 10 bit bis 128 bit Länge gegen Fälschung und/oder Kopieren gesichert sind.

Wie sich herausgestellt hat, ist die zur Auswertung vorgesehene Lumineszenz im NIR-Bereich auf besonders günstige Weise nutzbar, indem die die luminesizierenden Anti-Stokes-Pigmente umfassende Markierungsschicht in ein umgebendes Schichtsystem einlaminiert ist. Das Wertdokument umfasst daher vorteilhafterweise einen Trägerkörper, der als Grundkörper für die Bildung einer Wert- oder ID-Karte ausgebildet ist, in den die Markierungsschicht einlaminiert ist. Die Markierunsschicht ist dabei vorteilhafterweise unter Bildung eines Laminatkörpers von einer Mehrzahl von NIR-transparenten Deckschichten abgedeckt.

Vorteilhafterweise ist die Markierungsschicht dabei von einem extrudierten oder spritzgegossenen Kunststoffkörper gebildet, in den die Anti-Stokes-Pigmente ma trixartig eingelagert sind. Dabei kann zumindest eine, bevorzugt beide, Oberflächen des Substrats bzw. der die Markierungsschicht umfassenden Kernlage mit einer graphischen Gestaltung und wahlweise mit einem oberen Decklaminat und/oder einem unteren Decklaminat versehen sein.

Bezüglich des Verfahrens zur Herstellung des Wertdokuments wird die genannte Aufgabe gelöst, indem die Markierungsschicht mittels eines Beschichtungsverfahrens wie Streichen, Spritzen, Sprühen, Coaten, Tauchen, vorzugsweise aber mittels eines Druckverfahrens, vorzugsweise mittels Siebdruck, Stichtiefdruck, Offsetdruck, Statistikdruck, Rastertiefdruck oder Lettersetdruck, auf den Trägerkörper aufgebracht wird. Damit ist eine vergleichsweise einfache Herstellung des mit dem Sicherheitselement ausgestatteten Wertdokuments ermöglicht, wobei zudem eine besonders hohe Flexibilität bei einer eventuell gewünschten graphischen Ausgestaltung der Markierungsschicht, beispielsweise als Druckbild, erreichbar ist. Desweiteren kommen auch Rastertiefdruckvertahren, Stahlstichtiefdruckverfahren, Flexodruckverfahren, digitale Druckverfahren in Form von Ink-jet-Druckvertahren und/oder flüssige und feste Tonerverfahren oder auch die Aufbringung über die Kleberschicht eines Thermotransfer- und/oder Thermosublimationsbandes in Betracht. Eine besonders einfache Verarbeitbarkeit ist dabei erreichbar, indem vorteilhafterweise beim Aufbringen der Markierungsschicht eine Druckfarbe verwendet wird, in der zusätzlich zu den Anti-Stokes-Pigmenten ein Löse- und/oder ein Bindemittel enthalten ist.

Zur weiteren Erhöhung der Sicherheitsfunktion des Sicherheitselements kann die Vorgabe einer lateralen Struktur in der Markierungsschicht vorgesehen sein, so dass bei der Auswertung der Lumineszenzerscheinungen ortsaufgelöst zwischen aktiven und nicht aktiven Bereichen unterschieden werden kann. Um dies zu ermöglichen, werden vorteilhafterweise in lateralen Teilbereichen der Markierungsschicht durch selektive Bestrahlung mit einem Laser, vorzugsweise mit einem ND:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm, Strahlungsabsorber erzeugt. Durch die Laserbestrahlung können dabei insbesondere Ruß-Partikel erzeugt werden, die die Emissionsstrahlung der Anti-Stokes-Leuchtstoffe absorbieren, so dass in diesen Bereichen von außen keine Emission mehr registriert wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die gezielte Nutzung der Lumineszenzerscheinungen der Anti-Stokes-Pigmente im NIR-Bereich eine besonders hohe Signalintensität erreichbar ist, so dass eine zuverlässige Erkennung der Pigmente bei der Echtheitsüberprüfung selbst bei nur vergleichsweise geringen Pigmentkonzentrationen in der Markierungsschicht erreichbar ist. Das Lumineszenzsicherheitsmerkmal ist zudem im sichtbaren Wellenlängenbereich weitgehend unsichtbar, aber mittels infraroter Strahlung aktivierbar und verifizierbar, so dass die Echtheitsprüfung für eine maschinelle Auswertung besonders geeignet ist. Eine Nachbildung des Sicherheitselements ist damit aufgrund der versteckten Anordnung des Sicherheitselements nicht oder nur mit erheblichem Aufwand überhaupt denkbar. Die gezielte Beeinflussung des Ankling- und Abklingverhaltens der Anti-Stokes-Lumineszenz ermöglicht darüberhinaus, die erhältliche Vielfalt an Anti-Stokes-Pigmenten sehr stark zu erhöhen, so dass ein Nachbau oder eine Fälschung erheblich erschwert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch einen Sensor für die Echtheitserkennung eines lumineszierenden Sicherheitselements in einem zugeordneten Wertdokument,
2 eine alternative Ausführungsform des Wertdokuments nach 1,
3 bis 6 schematisch jeweils den Aufbau weiterer alternativer Ausführungsformen des Wertdokuments nach 1 und
7 das Wertdokument nach 1 in Aufsicht.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Der in 1 lediglich schematisch gezeigte Sensor 1 ist für die Echtheitserkennung eines lumineszierenden Sicherheitselements 2 eines zugeordneten Wertdokuments 4 ausgelegt. Der Sensor 1 kann dabei als ortsfest installierter oder auch transportabler Sensor ausgestaltet sein und insbesondere hinsichtlich seiner funktionellen Komponenten gleich oder ähnlich wie die aus den Druckschriften EP 1160719 A2 und EP 1170707 A2 , deren Offenbarungsgehalt hiermit voll umfänglich einbezogen wird, bekannten Sensoren ausgestaltet sein. Als wesentliche Funktionskomponenten umfasst der Sensor 1 nach 1 einen Emitter 6 zur Erzeugung eines durch den Pfeil 8 symbolisierten Abtastsignals und einen zur Erfassung eines durch den Pfeil 10 symbolisierten, vom Sicherheitselement 2 emittierten Antwortsignals ausgelegten Strahlungsempfänger 12.
Das Sicherheitselement 2 des Wertdokuments 4 umfasst in einem Markierungsbereich 14 eine auf einem Trägerkörper 16 aufgebrachte Markierungsschicht 18, die als aktive Komponenten zur Echtheitsüberprüfung lumineszierende Anti-Stokes-Pigmente 20 umfasst. Die Markierungsschicht 18 von einer Deckschicht 22 abgedeckt.
Zum Zweck der Echtheitsüberprüfung strahlt der Emitter 6 des Sensors 1 ein Abtastsignal mit einer vorgegebenen Anregungswellenlänge in die die Anti-Stokes-Pigmente 20 umfassende Markierungsschicht 18 ein. Durch das Abtastsignal werden die Anti-Stokes-Pigmente 20 zur Lumineszenz angeregt und emittieren mittels up-conversion ein Antwortsignal, dessen Antwortwellenlänge kleiner als die Anregungswellenlänge ist. Der Strahlungsempfänger 12 erfasst das emittierte Anwortsignal, wobei insbesondere auch eine zeitaufgelöste Auswertung vorgesehen sein kann. Anhand der Charakteristika des Antwortsignals, insbesondere anhand eines Vergleichs der Antwortwellenlänge mit der ausgesandten Anregungswellenlänge sowie möglicherweise einer Analyse der Signalform, ist durch die Auswertung ein Rückschluss auf Art und möglicherweise auch Anzahl der Anti-Stokes-Pigmente 20 in der Markierungsschicht 18 möglich. Somit kann erkannt werden, ob eine erwartete Art von Anti-Stokes-Pigmenten 20 in der Markierungsschicht 18 vorliegt, wobei für diesen Fall auf Echtheit des Wertdokuments 4 erkannt wird.
Der Sensor 1 und das mit diesem zu verwendende Wertdokument 4 sind für eine besonders hohe Zuverlässigkeit bei der Echtheitsprüfung mit vergleichsweise einfachen Mitteln ausgelegt. Dazu ist vorgesehen, sowohl die Anregung der Lumineszenz als auch die Auswertung der Lumineszenz in Wellenlängenbereichen im NIR (nahes Infrarot) vorzunehmen. Um dies zu ermöglichen, ist der Emitter 6 zur Erzeugung des Abtastsignals mit einer Anregungswellenlänge von etwa 940 nm bis 990 nm und der Strahlungsempfänger 12 zur Erfassung des Antwortsignals mit einer Antwortwellenlänge von etwa 800 +/– 10 nm ausgelegt. Die Anpassung insbesondere des Strahlungsempfängers kann dabei durch die Auswahl geeigneter Detektoren und/oder bedarfsweise durch die Vorgabe einer geeigneten Optik im Strahlengang ermöglicht oder erleichtert werden.
Um die im Ausführungsbeispiel vorgesehene konsequente Ausnutzung der Lumineszent im NIR-Bereich zu ermöglichen, andererseits aber auch einen zuverlässigen Schutz der Markierungsschicht 18 vor Beeinträchtigungen oder mechanischen Beschädigungen zu gewährleisten, ist die Deckschicht 22 vorgesehen, die durch geeignete Materialwahl NIR-transparent ausgelegt ist.
Das Sicherheitsmerkmal 2 kann vollflächig oder graphisch gestaltet auf dem Trägerkörper 16 angebracht sein. Alternativ kann die Markierungsschicht 18 mit den eingebetteten Anti-Stokes-Pigmenten 20 in Form einer Polymermatrix auch zur Haftvermittlung zur Deckschicht 22 verwendet werden, wobei auch unter oder auf der Markierungsschicht 18 eine nicht gezeigte graphische Gestaltung angeordnet sein kann. Der Trägerkörper 16 kann insbesondere aus Kunststoff oder aus Papier gebildet sein.
Die Anti-Stokes-Pigmente 20 sind auf Basis eines Thulium (Tm)-aktivierten und Ytterbium(Yb)-codotierten Wirtsgitters aufgebaut, wobei als Wirtsgitter Gadoliniumoxysulfid (Gd₂O₂S), Yttriumoxysulfid (Y₂O₂S), Lanthanoxysulfid (La₂O₂S) und/oder Lutetiumoxysulfid (Lu₂O₂S) eingesetzt sein kann. Das Anti-Stokes-Pigment 20 ist somit über die Formel (Gd_1-x-yYb_xTm_y)₂O₂S beziehungsweise (Gd_1-x-y)₂O₂S:Yb_xTm_y, (Y_1-x-yYb_xTm_y)₂O₂S beziehungsweise (Y_1-x-y)₂O₂SYb_xTm_y, (La_1-x-yYb_xTm_y)₂O₂S beziehungsweise (La_1-x-y)₂O₂S:Yb_xTm_y, (Lu_1-x-yYb_xTm_y)₂O₂S beziehungsweise (La_1-x-y)₂O₂S:Yb_xTm_y beschreibbar, wobei zur Einstellung eines im Detail auswertbaren Ankling- und Abklingverhaltens bei der Lumineszenz Konzentrationswerte von 0,20 ≤ x ≤ 0,60 für den Ytterbium-Anteil und von 0,001 ≤ y ≤ 0,05 für den Thulium-Anteil vorgesehen sind.
Die Anti-Stokes-Pigmente 20 sind dabei matrixartig in der Markierungsschicht 18 angeordnet. Dabei wurde genutzt, dass die Anti-Stokes-Pigmente 20 mit vergleichsweise geringen mittleren Partikeldurchmessern von beispielsweise weniger als 2 μm hergestellt werden können und ohne Reduktion der Antwortintensität bei vergleichsweise hohen Temperaturen von bis zu 200 oder 300 °C matrixartig in die Markierungsschicht 18 integriert werden können, wobei eine Polymermatrix hergestellt werden kann und dabei Extrusion, Dünnfoliengießen, Kalandrieren oder auch Spritzguß verwendet werden kann. Die Anti-Stokes-Pigmente 20 sind darüberhinaus sehr gut chemisch beständig, so dass auch ein Einbau in eine Papiermatrix erfolgen könnte, wobei derartige opake Papiersubstrate mit matrixartig angeordneten Anti-Stokes-Pigmenten 20 und/oder mit graphisch gestalteter Anordnung oder in Form von Streifen, Punkten oder ganz allgemein wiederkehrenden Mustern versehen werden und für eine Echtheitserkennung herangezogen werden können.
Im Ausführungsbeispiel nach 2 ist schematisch eine besonders einfach gehaltene technische Ausführungsform des Wertdokuments 4 gezeigt. Als Trägerkörper 16 ist dabei ein Papier- oder Kunststoffsubstrat oder ein anderes in der Sicherheitsindustrie übliches Substrat eingesetzt. Das flächig und/oder graphisch gestaltete Sicherheitselement 2 ist dabei mittels in der graphischen Industrie übli cher Druckverfahren aufgebracht, kann aber auch in Form eines flächigen schichtartigen Elements auflaminiert oder geprägt oder sonstwie appliziert sein. Darüber ist nun möglicherweise in Form einer graphischen Gestaltung die Deckschicht 22 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel nach 2 sind sowohl der Trägerkörper 16 als auch die in Form einer graphischen Gestaltung vorgesehene Deckschicht 22 im NIR-Wellenlängenbereich durchsichtig, so dass eine ungestörte Echtheitsprüfung über die in der Markierungsschicht 18 enthaltenen Anti-Stokes-Pigmente 20 durch Verwendung des Sensors 1 ermöglicht ist. Beispielsweise könnte bei Verwendung üblicher Opak-weißer Papiere mit einer Grammatur von 70 bis 120 pro qm eine eindeutige Verifkation vorgenommen werden.
In 3 sind die einzelnen Schichten eines Wertdokumentes 4 als separate Segmente dargestellt. In diesem im Querschnitt gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Wertdokument 4 den Aufbau eines laminatartigen Verbundes mehrerer Schichten auf. Die die elektrolumineszierenden Pigmente 20 oder Anti-Stokes-Leuchtstoffe umfassende Markierungsschicht 18 ist dabei Teil eines Substrats, das aufgrund seiner vergleichsweise massiven Ausführung auch den Trägerkörper 2 bildet. Dieses Substrat kann beidseitig mit jeweils einer graphischen Gestaltung 30, beispielsweise einem Druckbild oder Muster, versehen sein, wobei die jeweilige graphische Gestaltung 30 ihrerseits wiederum mit einem oberen bzw. unteren Decklaminat 32 bedeckt ist. Die Decklaminate 32 und die graphischen Gestaltungen 30 sind dabei zur Bildung der jeweiligen Deckschicht 22 NIR-transparent ausgeführt.
Das nach dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ausgeführte Wertdokument 4 kann beispielsweise als einfache ID-Karte oder als Einlage in einem Reisepass und dergleichen verwendet werden, wobei der die Markierungsschicht 18 umfassende Trägerkörper 2 ein Kunststoffsubstrat oder auch ein Papiersubstrat sein kann. Die Decklaminate 32 können beispielsweise dünne PET-Folien mit innenliegenden diffraktiven Beugungsstrukturen und entsprechender Haftvermittlungsschicht sein, wobei die Decklaminate 32 zur weiteren Erhöhung der Fälschungssicherheit mikroperforiert sein können. Zur weiteren Erhöhung des Sicherheits standards kann mittels ND:YAG-Laserstrahls mit 1064 nm Wellenlänge eine Codierung in die Markierungsschicht 18 oder in die Folie 30 geschrieben sein, wobei durch lateral selektive Einstrahlung des ND:YAG-Laserstrahls laterale Teilbereiche der Markierungsschicht 18 deaktiviert werden, so dass hinsichtlich der Lumineszenzeigenschaften eine laterale, ebenfalls als Sicherheitsmerkmal verwendbare Struktur entsteht.
Im Ausführungsbeispiel nach 4 ist das Wertdokument 4 als Datenträger ausgeführt, bei dem die elektrolumineszierenden Pigmente 20 in einer matrixförmigen Anordnung in der Haftvermittlungsschicht 34 eines transparenten Hologramms 36 angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform dient somit das Hologramm 36 als Deckschicht 22 für die durch die Haftvermittlungsschicht 34 gebildete Markierungsschicht 18. Daher ist das Hologramm 36 im NIR-Wellenlängebereich transparent ausgeführt, so dass eine Verifikation über die Lumineszenzeigenschaften durch entsprechende Bestrahlung von oben erfolgen kann. Alternativ kann auch der in Form eines Substrats vorliegende Trägerkörper 2 NIR-transparent ausgeführt sein, so dass die Verifikation durch Bestrahlung von unten erfolgen kann. Das Hologramm 36 bezeichnet hierbei diffraktive Beugungsstrukturen im entsprechenden Schichtbestandteil.
In der ebenfalls explosionsartigen Darstellung des Ausführungsbeispiels nach 5 ist das Wertedokument 4 als typisches ID-Dokument auf Basis zweier miteinander verbundener Papiersubstrate 38 ausgeführt, die mittels einer Haftvermittlerschicht 40 miteinander verbunden sind. Die Haftvermittlerschicht 40 dient dabei als Markierungsschicht 18, wobei die elektrolumineszierenden Anti-Stokes-Pigmente 20 in die Haftvermittlerschicht 40 integriert sind. Die Papiersubstrate 38 sind an ihrer jeweiligen Außenseite jeweils mit einer graphischen Gestaltung 42 versehen, beispielsweise mit einem Druckbild. Der Einbau der Anti-Stokes-Pigmente 20 in die Haftvermittlerschicht 40 kann dabei gleichmäßig matrixartig oder auch graphisch gestaltet erfolgen, wobei insbesondere auch eine Codierungsgestaltung vorgesehen sein kann. Die graphische Gestaltung 42 kann in einer weiteren Ausführungsform mit weiteren transparenten Schutzschichten versehen sein.
Dabei können übliche graphische Drucktechniken oder auch Rollen beschichten, Vorhang gießen, sprühen und rakeln und dergleichen Beschichtungstechnologien eingesetzt sein.
Im Ausführungsbeispiel nach 6 ist das Wertdokument 4 ebenfalls als typisches ID-Dokument auf Basis zweier miteinander verbundener Papiersubstrate 38 ausgeführt, die mit einer Haftvermittlerschicht 40 miteinander verbunden sind, wobei die Anti-Stokes-Pigmente 20 in die Haftvermittlerschicht 40 integriert sind. Auch in dieser Ausführungsform sind die Papiersubstrate 38 auf ihrer jeweiligen Außenseite mit jeweils einer graphischen Gestaltung 42 versehen. Zum weitergehenden Schutz vor externen Einwirkungen und mechanischen Beschädigungen ist der solchermaßen gebildete Schichtverbund mit einem umfassenden transparenten Decklaminat 44 umgeben. Das Decklaminat 44 ist dabei insbesondere im NIR-Wellenlängenbereich transparent gehalten. Bevorzugt kann als Decklaminat 44 eine PET-Folie, eine PETG-Folie oder auch eine PVC-, PC-, PMMA- oder dergleichen transparenter polymere Folie einer typischen Dicke von beispielsweise 10 bis 100 μm verwendet werden. Die Folien können dabei innenliegend mit defraktiven Beugungsstrukturen versehen sein, wobei auch bei diesen Beugungsstrukturen darauf geachtet ist, das die Transparenz im NIR-Wellenlängenbereich gegeben ist. Das Decklaminat 44 kann dabei zusätzlich zur weiteren Erhöhung der Fälschungssicherheit mit einer Mikroperforation versehen sein.
Im Ausführungsbeispiel nach 7 ist das in Form einer Wertkarte ausgeführte Wertdokument 4 in Aufsicht gezeigt. Das Wertdokument 4 ist dabei grundsätzlich nach den Vorschriften der Norm ISO/IEC 7810 ausgeführt. Dabei umfasst das Wertdokument 4 Bereiche 50, 52, die NIR-transparent und möglicherweise auch optisch transparent gehalten sind. Die Bereiche 50, 52 eignen sich daher in besonderem Maße zur Aufnahme einer Markierungsschicht mit den elektrolumineszierenden Pigmenten 20 gemäß dem vorliegenden Konzept. Die obere Kante 54 des Bereichs 50 ist dabei in einem Abstand von zumindest 21 mm von der Oberkante 56 des Wertdokuments 4 entfernt angeordnet, wobei die Unterkante 58 des Bereichs 50 zumindest 33 mm von der Oberkante 56 entfernt ist. Der Bereich 52 schließt sich unmittelbar an die Unterkante 58 an, wobei seine Unterkante 60 zumindest 44 mm von der Oberkante 56 entfernt ist. Die Seitenkanten 62 des Bereichs 52 sind jeweils zumindest 20 mm von der entsprechenden Seitenkante 64 des Wertdokuments 4 angeordnet.

1: Sensor
2: Sicherheitselement
4: Wertdokument
6: Emitter
8, 10: Pfeil
12: Strahlungsempfänger
14: Markierungsbereich
16: Trägerkörper
18: Markierungsschicht
20: Anti-Stokes-Pigmente
22: Deckschicht
30: graphische Gestaltung
32: oberes bzw. unteres Decklaminat
34: Haftvermittlungsschicht
36: Transparentes Hologramm
38: Papiersubstrat
40: Haftvermittlerschicht
42: graphische Gestaltung
44: Decklaminat
50, 52: NIR-transparenter Bereich
54: obere Kante
56: Oberkante
58, 60: Unterkante
62,64: Seitenkante

Claims

Sensor (1) für die Echtheitserkennung eines lumineszierenden Sicherheitselements (2) eines Wertdokuments (4), mit einem Emitter (6) zur Erzeugung eines Abtastsignals mit einer Anregungswellenlänge, und mit einem Strahlungsempfänger (12) zur Erfassung eines vom Sicherheitselement (2) emittierten Antwortsignals mit einer Antwortwellenlänge, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter (6) zur Erzeugung des Abtastsignals mit einer Anregungswellenlänge von etwa 940 nm bis 990 nm und der Strahlungsempfänger (12) zur Erfassung des Antwortsignals mit einer Antwortwellenlänge von etwa 800 +/– 10 nm ausgelegt ist.
Sensor (1) nach Anspruch 1, bei dessen Strahlungsempfänger (12) zur Erfassung einer Anklingzeit und/oder einer Abklingzeit des Antwortsignals ausgelegt ist.
Sensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, der in ein ortsfestes Kartenlesegerät integriert ist.
Sensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, der als mobiles und/oder körpergetragenes Lesegerät ausgeführt ist.
Wertdokument (4) mit mindestens einem für eine Echtheitserkennung durch einen Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgelegten Sicherheitselement (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement (6) in einem Markierungsbereich (14) eine auf einem Trägerkörper (16) aufgebrachte, lumineszierenden Anti-Stokes-Leuchtstoff (20) umfassende Markierungsschicht (18) umfasst, die von einer NIR-transparenten Deckschicht (22) abgedeckt ist.
Wertdokument (4) nach Anspruch 5, bei dem die NIR-transparente Deckschicht als Druckschicht, als Klebeschicht, als Folie oder als transparente und/oder opake Schicht ausgebildet ist.
Wertdokument (4) nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die NIR-transparente Deckschicht (50, 52) als opakes Substrat mit einer Dicke von mehr als 20 μm, vorzugsweise mehr als 50 μm, ausgeführt ist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem der Anti-Stokes-Leuchtstoff ein seltenerdaktiviertes Lanthanoidenoxysulfid der Formel (LN_x-1-y)₂O₂S: Yb_xSE_y mit LN = La, Lu, Gd, Y und SE = Tm, Er, Ho umfasst.
Wertdokument (4) nach Anspruch 8, bei dem der Anti-Stokes-Leuchtstoff einen Ytterbium-Anteil von 0,05 ≤ x ≤ 0,80, vorzugsweise von 0,20 ≤ x < 0,60, und einen Seltenerd-Anteil von 0,0001 ≤ y ≤ 0,10, vorzugsweise von 0,0001 ≤ y ≤ 0,05, aufweist.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem der Anti-Stokes-Leuchtstoff in Form von Anti-Stokes-Pigmenten (20) vorliegt, die eine mittlere Partikelgröße von weniger als 5 μm, vorzugsweise weniger als 3 μm, insbesondere weniger als 2 μm, aufweisen.
Wertdokument (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dessen Trägerkörper als Grundkörper für die Bildung einer Wert- oder ID-Karte ausgebildet ist, in den die Markierungsschicht (18) einlaminiert ist.
Wertdokument (4) nach Anspruch 11, dessen Markierungsschicht (18) unter Bildung eines Laminatkörpers von einer Mehrzahl von NIR-transparenten Deckschichten abgedeckt ist.
Wertdokument (4) nach Anspruch 11 oder 12, dessen Markierungsschicht (18) von einem extrudierten, kalandrierten, spritzgegossenen oder filmgegossenen Kunststoffkörper gebildet ist, in den die Anti-Stokes-Pigmente (20) matrixartig eingelagert sind.
Verfahren zur Herstellung eines Wertdokuments (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, bei dem die Markierungsschicht (18) mittels eines Druckverfahrens, vorzugsweise mittels Siebdruck, Stichtiefdruck, Offsetdruck oder Lettersetdruck, auf den Trägerkörper (16) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem beim Aufbringen der Markierungsschicht (18) eine Druckfarbe verwendet wird, in der zusätzlich zu den Anti-Stokes-Pigmenten (20) ein Löse- und/oder ein Bindemittel enthalten ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem in lateralen Teilbereichen der Markierungsschicht (18) durch selektive Bestrahlung mit einem Laser, vorzugsweise mit einem Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm, Strahlungsabsorber erzeugt werden.