防伪元件、具有这种防伪元件的有价文件和防伪元件的制造方法

专利名称：防伪元件、具有这种防伪元件的有价文件和防伪元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及用于防伪纸、有价文件等的防伪元件，涉及具有这种防伪元件的有价文件，并且涉及用于制造这种防伪元件的方法。
背景技术：
待保护物体常常设置有防伪元件，其允许检验物体的真实性，同时用作对未授权复制的保护。待保护的物体例如是防伪纸、身份证件和有价文件(例如钞票、芯片卡、护照、身份证、身份卡、股票、投资性证券、契约、收据、支票、入场券、信用卡、健康卡等等)以及例如标签、封条、包装件等产品验证元件。 对于这种防伪元件，已经知道采用光学可变防伪油墨，如例如EP 0227 423A2中描述的。这种防伪油墨包含具有薄膜干涉涂层的血小板状颜料，使得对于观察者来说，各个个体颜料的颜色取决于视角。具有所描述的血小板状颜料的防伪油墨可以印刷在钞票上，使得颜料被排列成大致平行于钞票的表面，并且印刷区域在倾斜钞票时根据颜料的薄膜涂层而改变其颜色。进一步已知的是为这种颜料附加的磁性层(US 4，838，648)，以便颜料能够借助于适合的磁体得到排列并固定(US 7，517，578B2)。一方面，这使得颜料能够大致更精确地彼此平行地排列，这导致显著较高的色度(=更明亮的颜色)。另一方面，它提供了使颜料不但平行于基材表面而且原则上沿任意方向取向的可能性。特别地，防伪元件的不同区域的颜料也可以沿不同方向排列。取决于所使用的磁体组件，能够在不同取向的区域之间获得比较陡以及温和的过渡。从JP 2008-80609A已知另一种用于排列血小板状颜料的方法，其中具有颜料的防伪油墨被如此施加至压印出的浮凸结构，使得颜料大致平行于浮凸排列。通过适当地设计浮凸，能够实现具有不同取向的颜料从而具有不同颜色的区域。—方面，所描述的光学可变防伪油墨比较昂贵。另一方面，颜料经由磁体的排列当然是有限的，因为排列所需的磁场不能任意地形成。此外，防伪元件不能被特别精细地分辨，这一方面是由于通常采用的丝网印刷工艺，另一方面是由于必要磁场的过渡不是任意急剧的。除颜色变化之外，防伪油墨还常常导致类似于汽车上的金属漆的闪烁效果。

发明内容
在这些基础上，本发明基于避免现有技术的缺点的目的，并且特别提供能够在不采用防伪油墨的情况下获得防伪油墨的所描述的至少一个效果(比如闪烁效果)的防伪元件。根据本发明，该目的通过一种用于防伪纸、有价文件等的防伪元件得以实现，所述防伪元件具有具有被分割成多个反射性像素的反射性表面区域的载体，其中每个像素的面积比所述反射性表面区域的面积小至少一个数量级，其中每个像素具有形成在所述载体的表面中的至少一个反射性小面，其中所述至少一个反射性小面朝由所述小面的取向预先限定的反射方向方向性地反射沿预定方向入射到所述表面区域上的光，其中不同像素的小面的取向遍及所述反射性表面区域具有大致随机的变化。“像素”在这里应理解为反射性表面区域的小的局部区域，其不但可以具有任意的轮廓形状，而且还特别地不必配置在规则网格上。不同像素的小面的取向遍及反射性表面区域具有大致随机变化的所选表述，考虑了随机变化还可以借助于计算机生成的“随机数字”(其严格地说是确定性的)来实现这一事实。小面的取向的大致随机变化优选如此实现，首先例如以基于区域的方式使某一择 优取向与像素相关联，由此开始，各个个体像素的小面的取向然后例如基于计算机生成的 随机数字或者伪随机数字发生变化。因此能够特别地实现各个个体像素的小面的取向以基于区域的方式围绕平均取向波动。取向的随机波动可以，在特殊实施方式变型中，只存在于预定限制内和/或与预定分布相应，例如正态或者均匀地分布。通过这种防伪元件，能够对于每个像素精确地调节取向，从而也精确地调节入射光的反射方向，因此能够以简单方式实现闪烁效果。在本发明的防伪元件中，反射性区域，其可以是例如平坦的或者弯曲的区域，可以因此仍然被感觉为平坦的或者弯曲的区域，但是同时显示期望的闪烁效果。小面的取向遍及反射性表面区域的大致随机变化在这里应理解为特别指反射方向对于直接相邻的大部分各对像素或者对于直接相邻的所有各对像素来说是不同的。优选地，表面区域同时能够被观察者感觉为呈现其实际的空间形状。本发明的防伪元件可以特别地具有实际上与光学可变防伪油墨的磁性排列的颜料的光学外观匹配的光学外观。为此目的，像素尺寸选择成与在这种油墨中采用的颜料的尺寸大致相当，例如30 μ m，并且不同像素的小面的平均取向选择成类似于颜料的平均取向。这种油墨的闪烁效果是基于个体颜料不是正好沿预定方向反射，而是存在反射方向的某一随机变化。本发明的防伪元件中的不同像素的小面的取向同样具有这种变化，这得到相当的闪烁效果。表面区域的面积和像素的面积在这里应理解为分别特别指沿正交于表面区域的宏观表面的方向投射到一平面上时的面积。优选地，每个像素的面积比所述反射性表面区域的面积小至少两个数量级。在本发明的防伪元件中，不同像素的小面的取向有利地围绕以基于区域的方式预先限定出的不同平均取向具有大致随机的变化。像素中的数个像素优选分别具有形成周期性或者非周期性锯齿光栅的相同取向的数个反射性小面。所有像素还可以分别具有数个，优选为相同数量的，相同取向的反射性小面。小面优选构造成大致平坦的面积组元(area element),其促进制造。小面被构造成大致平坦的面积组元的所选表述，考虑了由于制造原因在实践中通常从来不能制造完全平坦的面积组元这一事实。小面也可以构造成弯曲的(例如凹状、凸状或者波浪形)面积组元。有利地是，面积组元的曲率在这里是低的。取向在这里应理解为特别指反射性小面的倾斜角和/或反射性小面的方位角。小面的取向当然也可以由其它参数确定。特别地，所涉及的参数是两个彼此正交的参数，比如相应小面的法向矢量的两个分量。取向的随机变化在这里可以在一个或者两个维度上或者空间方向上实现。本发明的防伪元件可以构造成特别使得不同像素的小面的取向只在确定小面的取向的参数之一中具有大致随机变化。因此，该随机变化也可以特别地只涉及斜度或者只涉及方位角，或者小面的取向的变化可以选择成使得入射到相应局部区域中的反射光束围绕预定旋转方向“散开”。优选地，由不同像素的小面的取向的变化预先限定出的反射方向的变化为至少大约1°，优选为至少大约3°，特别优选为至少大约10°。 在本发明的防伪元件中，反射性小面可以具有反射增强涂层，特别是反射性涂层。用于本发明目的的反射增强涂层也是只使反射率增大例如大约20%到大约50%的涂层，比如半透明层，而反射性涂层涉及非常高的反射率。反射增强涂层可以是例如被气相沉积的金属涂层。作为涂层材料，可以特别地采用铝、金、银、铜、钯、铬、镍和/或钨以及它们的合金。替代地，反射增强涂层可以由具有高折射率的材料的涂层形成。特别地，可以在小面上至少在某些区域中形成颜色偏移层。这使得能够相对于像素尺寸调节期望的颜色偏移效果，从而以高分辨方式调节。根据一个有利实施例，在某些区域中不同的颜色偏移层也可以形成在小面上。反射增强涂层以及颜色偏移层可以呈图案、文字或者编码的形式，和/或具有图案、文字或者编码形式的间隙。像素的最大延伸度优选处于大约5 μ m-5mm之间,优选处于10 μ m-300 μ m之间,特别优选处于20 μ m-100 μ m之间。锯齿的宽度，或者在周期性的锯齿光栅的情况下，每个像素的光栅周期优选处于I μ m-300 μ m之间，优选处于3 μ m_100 μ m之间，特别优选处于5 μ m-30 μ m之间。锯齿的宽度或者光栅周期特别选择成使得每个像素包含至少两个相同取向的小面，并且衍射效果实际上不再对入射光起作用(例如从380nm-750nm的波长范围)。因为没有或者没有实际上相关的衍射效果发生，小面可以称为无色差小面，或者像素称为无色差像素，这引起方向性地无色差的反射。防伪元件因此对于通过像素的小面提供的光栅结构具有无色差反射性，其中随着光栅周期的增大，防伪元件显示出逐渐变得更亮的外观，即更显著的闪烁效果。特别是通过改变光栅周期，能够使从锯齿光栅出现的衍射图像的可能仍然存在的可见性最小化，这是期望的。颜色偏移层可以特别地构造成薄膜系统或者薄膜干涉涂层。这里可以实现例如金属层-介电层-金属层的层序或者至少三个介电层的层序，其中中间层的折射率低于其它两个层的折射率。作为介电材料，可以采用例如ZnS、Si02、Ti02、MgF2。颜色偏移层也可以构造成干涉滤光器、通过等离子共振效果具有选择性透射的薄半透明金属层、纳米颗粒等。颜色偏移层也可以特别地实施为液晶层、衍射性浮凸结构或者子波长光栅。由反射层、介电层、吸收层(以该顺序形成在小面上，或者在透过载体观察防伪元件时，以相反顺序形成在小面上)构成的薄膜系统也是可能的。如果能够从两侧观察防伪元件，则吸收层/介电层/反射层/介电层/吸收层的这一层序是有利的。 在本发明的防伪元件中，每个像素可以优选设置至少两个小面。也可以设置三个、四个、五个或更多个小面。防伪元件可以特别构造成使得各个个体像素的小面的方位角是0°到360°之间随机分布的值(但是对于每个像素来说每个小面具有相同的方位角)。此外，每个像素的小面的斜度可以根据正态分布而随机地分布(这里，同样，对于每个像素来说，每个小面具有相同的斜度)。防伪元件的反射性表面区域可以被分割成至少两个局部区域或者部分，其中像素具有不同的平均取向，或者具有由不同平均取向预先限定出的不同平均反射方向。因此，所有小面可以例如具有相同的方位角。在两个局部区域的第一个中，小面的倾斜角于是选择成例如随机地处于10°到20°之间，而两个局部区域的第二局部区域中的小面的倾斜角选择成处于-20°到-10°之间。当倾斜防伪元件时，根据照明情况，第一局部区域于是在一个情况中呈现得明亮，而第二局部区域在另一情况中呈现得明亮，即图示 (representation)从正图不翻动至负图不。替代地，例如也可以是方位角均匀地分布在所有可能角度上，并且倾斜角在两个局部区域中不同但是分别固定，例如在第一局部区域中为10°而在第二局部区域中为30°。这种图示具有特殊的性质，即虽然它在防伪元件倾斜时从正图示翻动至负图示，但是在防伪元件于其平面内旋转时令人意外地缺乏这种翻动效果。当小面具有颜色偏移层时，不同局部区域的颜色可以是不同的，因为是从不同角度观看颜色偏移涂层的。根据一个优选实施例，两个局部区域也可以分布在不同的、彼此交织的局部区域之上。这样可以生成例如所谓的倾斜图像。此外，通过本发明的防伪元件，能够生成存在“噪点”区域(优选在反射性区域中)的印象。此外，像素的小面可以取向成使得从某些视角发生许多像素同时点亮的现象。为此，将载体上的反射性表面区域分割成至少两个局部区域，以使第一局部区域中的像素具有随机取向，而第二或者其它局部区域的像素，分别对于每个局部区域来说，均具有相同或者至少几乎相同的取向。来自光源的光于是在第一局部区域中从许多角度散射向所有方向，而光在其它局部区域中分别在窄角度范围中反射。观察者于是从大多数角度只看到具有随机点亮的像素(闪烁效果)的噪点图示，而其它局部区域从某些角度点亮得非常明亮。通过本发明的防伪元件，从根本上提供了模拟实际上能通过磁性取向的颜料获得的所有光学效果的可能性。因此，特别提及了在US 7，517，578B2中陈述的“滚动条(rolling bar)”或者“双重滚动条”效果。便利地，所述小面的取向在这里选择成使得所述反射性表面区域具有像素的平均反射方向的连续路径。通过适合地组合本发明的防伪元件与磁性材料，例如并入磁性层或者与磁性油墨组合，当然也能够提供磁性性质，其可以特别是机器可读取的。优选地，可获得的光学效果在防伪元件上周期性地连续。因此，例如对于构造成防伪线的防伪元件来说，可以周期性地重复多个这种效果，以便能够在配置于窗口中时以多重方式感觉到相应效果。像素优选具有矩形或者正方形轮廓形状。然而，它们也可以具有在例如显微镜下变得可见的其它特殊的轮廓形状。特别地，像素也可以具有不同的轮廓形状。因此，一部分像素可以例如具有呈符号或者数字形式的轮廓。优选地，像素配置在规则网格(grid)中。在至少一部分像素中，可以附加地写入图形(motif)(例如微文本)、图标或者编码。图形在这里可以写入小面中，或者一小部分像素没有小面但是填充有例如微文本等图形。本发明的防伪元件可以与其它已知的防伪特征组合。例如，与全息图的交织组合，特别是，真彩色全息图或者Kinegram图形是可能的。根据一个优选实施例，本发明的防伪元件可以与微光学图示配置组合成一个总的图示。例如，本发明的防伪元件可以与这样一种微光学图示配置组合，该微光学图示配置具有微结构以及用于对微结构进行放大成像的微成像元件，例如微透镜或者凹状微反射镜阵列，或者微透镜或者凹状微反射镜图像。
像素的小面可以构造成周期性或者非周期性锯齿结构。特别地，小面可以通过压印表面而形成。防伪元件的反射性表面区域可以特别地具有图形(例如字母、数字、符号等)的形式。本发明的防伪元件可以进一步配备有用作防伪纸、有价文件等所用的防伪元件的一个或数个功能层，特别地配备有热封面层，保护层，例如透明保护漆、覆盖层、粘结层或者具有视觉地和/或机器可检测防伪特征的层。还提供了具有本发明的防伪元件的有价文件，其中防伪元件可以根据本发明的改进构成。除模拟能以磁性取向的颜料获得的光学效果之外，这种效果也可以以目标方式与本发明的防伪元件组合。因此，根据一个有利实施例，有价文件除了本发明的防伪元件之夕卜，还可以具有防伪特征，该防伪特征基于光学可变防伪油墨的磁性排列的、优选为血小板状的颜料，并且具有与防伪元件的外观大致相当的光学外观。这种防伪特征可以特别取自US 7，517，578B2，其对这种防伪特征的制造和性质的公开并入本说明中。磁性颜料在这里通常呈图形的形式，所述图形包含一个区域，在该区域中，磁性颜料相对于油墨层的表面排列。这种大致相当的光学外观可以特别构成为，在防伪元件的小面上至少在某些区域中形成有颜色偏移层，并且颜色偏移层的颜色偏移效果被调节成使得防伪元件的颜色偏移效果和基于磁性排列的颜料的防伪特征的颜色偏移效果彼此对应，即具有取决于倾斜角的相同颜色。替代地或附加地，本发明的防伪元件和基于磁性排列颜料的防伪特征可以分别具有其它光学效果，其中所生成的其它光学效果彼此对应。优选地,其它光学效果由动力学效果(kinetic effect)形成。特别地,提及了在US 7，517，578B2中叙述的“滚动条”或者“双重滚动条”效果。便利地，防伪元件的动力学效果和基于磁性排列颜料的防伪特征的动力学效果在有价文件相对于彼此沿平行方向、沿相反方向(180° )或者沿垂直方向倾斜时产生。也可以实现有价文件倾斜时的其它动力学效果，比如所谓的翻动(flip)、流动(running)或者泵浦(pumping)效果。运动在这里有利地沿相同方向或者沿相反方向实现。如果有价文件倾斜时，则本发明的防伪元件和基于磁性排列颜料的防伪特征显示例如泵浦效果(围绕一固定点的同心运动)，要么两者因此均显示延伸或者两者均收缩(同向运动)，要么防伪元件显示延伸效果，而基于磁性排列颜料的防伪特征显示收缩(反向运动)。因此，在所谓翻动效果的情况下，防伪元件和基于磁性排列颜料的防伪特征在倾斜时从正图示翻动至负图示(同向运动)，或者只有防伪元件这样翻动而基于磁性排列颜料的防伪特征从负图示翻动至正图示(反向运动)。除动力学效果之外，本发明的防伪元件和基于磁性排列颜料的防伪特征也可以显示相应的三维效果，如例如可从US 7，517，578B2得到的。本发明的防伪元件和基于磁性排列颜料的防伪特征可以配置在有价文件的相同侧或者配置在有价文件的两相反侧。配置在有价文件的两相反侧在这里具有这样的优点，即不会或者很难感觉到在本发明的防伪元件与基于磁性排列颜料的防伪特征之间可能存在的任何极小的颜色偏差。根据本发明的一个改进，防伪元件的反射性表面区域以及基于磁性排列颜料的防·伪特征可以具有相匹配图形(例如字母、数字、符号等)的形式。优选地，图形在有价文件上以不同尺寸形成。例如，基于磁性排列颜料的防伪特征的图形的大小为大约15_，而构造成例如防伪线的本发明的防伪元件的图形的大小为大约4_。本发明还包括一种用于制造用于防伪纸、有价文件等的防伪元件的方法，其中在表面区域中将载体的表面的高度调制成使得所述表面区域被分割成各自具有至少一个小面的多个像素，并且所述小面设置有涂层以形成反射性小面，所述反射性小面分别方向性地沿由它们的取向预先限定出的反射方向，反射沿预定方向入射到每个像素的表面区域上的光，其中每个像素的面积选择成比所述表面区域的面积小至少一个数量级，并且其中不同像素的小面的取向遍及反射性表面区域具有大致随机的变化。本发明的制造方法可以特别开发成使得本发明的防伪元件以及本发明的防伪元件的改进能够被制造。为了生成载体的高度得到调制的表面，可以采用已知的微结构化方法，比如压印方法。因此，例如，还使用从半导体制造已知的方法(光刻、电子束光刻、激光束光刻等)，抗蚀材料中的适当结构能够被曝光、可能被精炼、模制和用于制造压印工具。可以使用已知的方法来在热塑性箔片中或者向涂覆有辐射固化漆的箔片中进行压印。载体可以具有数个层，所述数个层被依次施加并且可选地被结构化，和/或可以由数个部分组成。本发明的防伪元件可以被特别制造成使得在同一加工步骤中生成另一压印的防伪特征。这可以特别是光学可变防伪特征，比如全息图，非噪点锯齿结构(倾斜图像、运动学效果、3D图示等)，微透镜或凹状微反射镜阵列，或者微透镜或凹状微反射镜图像。此外，根据本发明，至少一个其它防伪特征可以在与小面的同一加工步骤中被金属化或者设置金属涂层。防伪元件可以特别构造成防伪线、撕裂线、防伪带、防伪条、补丁，或者构造成用于施加到防伪纸、有价文件等上的标签。特别地，防伪元件可以横跨透明区域或者凹部。术语防伪纸在这里应理解为特别是指有价文件的还不可流通的前身，其除了本发明的防伪元件之外，还可以具有例如其它身份验证特征(比如设置在体积内的发光物质)。一方面，有价文件在这里应理解为由防伪纸生成的文件。另一方面，有价文件也可以是可以设置有本发明的防伪元件的其它文件和物体，以使有价文件具有不可复制的身份验证特征，从而使得能够检查真实性并且同时防止不想要的复制。还提供了一种压印工具，其具有压印区域，通过该压印区域，本发明(包括其改进)的防伪元件的小面的形状能够被压印到载体中或者压印到载体的表面中。压印区域优选具有待压印表面轮廓的颠倒形状，其中该颠倒形状优选通过形成相应的凹部而生成。
此外，本发明的防伪元件可以作为用于曝光体积全息图或者纯粹用于装饰目的的母版(master)。为了曝光体积全息图，可以使将在其中形成体积全息图的感光层直接地或者经由透明光学介质，与母版的前侧接触，从而与防伪元件的前侧接触。然后，用相干光束曝光感光层和母版，从而使体积全息图写入感光层中。该程序可以相同于或者类似于用于生成如DE 10 2006 016 139A1中所描述的体积全息图的程序。基本程序在所述出版物的第7和8页上的第70-79段中参考图la、lb、2a和2b有描述。DE10 2006 016 139A1的关于体积全息图的制造的全部内容在这里并入本申请中。显而易见的是，在以上提及的特征以及将在以下说明的特征不但能够以所陈述的组合使用，而且还能以其它组合或者单独地使用，而不会超出本发明的范围。


以下，将参考同样公开了本发明所必要特征的附图通过示例更详细地说明本发明。为了更加清楚，附图的图示不是真实比例的。附图中图I是具有本发明的防伪元件I的钞票的俯视图；图2是防伪元件I的第一表面区域3的一部分的放大俯视图；图3是沿着图2中的线7的截面图；图4是沿着图2中的线10的截面图；图5是沿着图2中的线11的截面图；图6是用于说明在小面上形成颜色偏移薄膜系统的截面图；图7是用于说明在小面上的另一颜色偏移薄膜系统的另一截面图；图8a_8c是本发明再一实施例的防伪元件处于不同倾斜位置的视图；图9a_9c是本发明又一实施例的防伪元件处于不同倾斜位置的视图；图10是本发明的防伪元件的再一实施例的俯视图；图11是图10的防伪元件的示意性截面图；图12是用于说明本发明的防伪元件的第二表面区域中的微光学图示配置的功能模式的示意图；图13是本发明的防伪元件的再一实施例的示意性截面图；图14是本发明的防伪元件的再一实施例的截面图；图15是本发明的防伪元件的再一实施例的截面图，而图16是用于制造图11所示本发明的防伪元件的压印工具的示意性截面图。
具体实施例方式在图I所示的实施例中，本发明的防伪元件I集成在钞票2中，使得防伪元件I从图I所示钞票的前侧可见。构造成具有矩形外廓的反射性防伪元件的防伪元件I包括第一表面区域3 (这里为数字50的数位)以及邻接第一表面区域3的第二表面区域4，其中两个表面区域3、4 一起填充由矩形外廓界定的总面积。第一表面区域3被分割成多个反射性像素5，像素5的一小部分作为俯视图在图2中放大示出。像素5在这里是方形的，并且具有处于10到几百微米范围内的边长。优选地，边长不大于300 μ m。特别地，它可以处于20-100 μ m的范围中。像素5的边长选择成使得每个像素5的面积小于第一表面区域3 (数字50的数位)的面积至少两个数量级。每个像素5在这里所描述的实施例中具有数个相同取向的反射性小面6。小面6 是反射性锯齿光栅的倾斜区域。然而，在未示出的一个变型中，也可以是数个或者所有像素5分别只有单个小面6。在图3中示出了三个相邻像素51、52和53的沿线7的截面图，其中图3中的图示，其它图中也一样，并不是真实比例，而是部分地强烈夸大以获得更好的可表示性。此外，为了简化图3中的图示，图4和5中也一样，未画出小面6上的反射性涂层。像素5p52和53的锯齿光栅形成在载体9的上侧8，其中如此结构化的上侧优选涂覆有反射性涂层。载体9可以是例如施加至未示出的载体箔片(例如PET箔片)的辐射固化塑料(UV树脂)。如图3中将看出的，小面6的倾斜角α在各单个像素51、52和53中是相同的。然而，相邻像素5ρ52、53的小面6的倾斜角是不同的。此外，像素53的锯齿结构的光栅周期屯也不同于像素S1和52的锯齿结构的光栅周期(I1和d2。由于各像素5p52和53的小面6的不同取向，沿预定方向R入射的光U、L2> L3被每个像素向不同的反射方向方向性地反射，如图3中示意性地示出的。因为第一表面区域3的像素5的小面6总是不同地取向，所以对于观察者获得闪烁效果或者与金属漆相当的效果。小面6的不同取向不但可以通过选择小面6的倾斜角α来调节，而且还可以通过不同的方位角Φ来调节。相对于图2中与箭头Pl相应的方向，像素51、52和53的小面6的方位角O1分别为90°。然而，像素54的小面6的方位角Φ2为大约120° (相对于箭头Ρ2的方向)，而像素55的小面的方位角Φ3为大约280° (相对于箭头Ρ3的方向)。像素54、55的沿线10、11的截面图在图4和5中示出。通过像素5的各小面6的如此存在的不同取向，在观察第一表面区域3时获得上述闪烁效果。第二表面区域4可以构造成通常为反射性的平面区域，以便数字50 (第一表面区域3)的数位因所描述的效果而从第二表面区域4清楚地突出。对于各像素5，可以例如随机地选择方位角。特别地，可以选择O到360°之间的随机值。对于小面6的斜度α，可以例如从10°到20°的范围和从-20°到-10°的范围选择。还可以从例如-20°到20°的范围选择小面的斜度。这里，同样，斜度也可以随机地选择。可能的是随机选择的斜度α对应于正态分布。随机选择的方位角Φ特别地可以均匀地分配。锯齿的光栅周期或者宽度d优选高于I μ m，特别地高于3 μ m。此外，光栅周期d也可以高于5μπι。然而，优选的是总是选择成使得每个像素5存在至少两个小面6。特别地，每个像素5可以包含至少三个、四个或更多个小面6。小面6优选构造成平坦的面积组元。然而，小面6也可以是弯曲的(例如凹状或者凸状)。小面6可以直线地延伸，如对图2中的像素5r55的小面6所示的。然而，非直线路径(例如略微弯曲)也是可能的，如对图2中的像素56示意性地示出的。此外，如图6所示，可以在上侧8上或者在上侧8上的反射性涂层12上气相沉积颜色偏移薄膜系统18或者薄膜系统18。反射性涂层12可以构造成金属膜，在该金属膜上 设置有介电层13以及部分地透明的上侧金属层14。当然也可以在金属膜12上形成包括第一、第二和第三层15、16、17的介电薄膜系统,其中第一和第三层15、17具有比第二层16高的折射率(图7)。通过这种构造，能够取代已知的防伪油墨，其中具有薄膜干涉涂层的血小板状颜料根据视角改变它们的颜色。获得了一个相当的光学效果，其中与防伪油墨相比，可光学地感觉到的质量得到大幅提升。显著地，本发明的防伪元件能够生成更明亮的颜色。在图Sb中示出了本发明的防伪元件I的一个改进。小面6的取向在这里选择成使得它们分别在由白色示出的中间条纹的区域中只具有比较小的倾斜角。例如，倾斜角可以从±5°的范围选择。小面6距中间越远，平均倾斜角变得越大，其中倾斜角沿图Sb中的向上方向连续地增大，而沿图8b中的向下方向连续地降低。换言之，随着与中间的距离的增大，可以从其中选择倾斜角的范围的极限，偏移向更大的倾斜角。方位角在这里分别从这样一种范围选择成使得平均反射角在上侧区域中朝上而在下侧区域中朝下。在垂直照明时垂直地观看图Sb所示的防伪元件1，数字50的数位在中间条纹20的区域中比起在其它区域中显得更亮，这由白色图示示出。所描述的闪烁效果当然也仍然发生，因为像素仍然具有不同的反射方向(这里在所描述的限制内)。现在倾斜防伪元件1，条纹20在倾斜期间明显地朝上或者朝下滚动。在图8a中示出了这样一个倾斜位置，其中防伪元件I的下侧区域向纸面内倾斜，从而防伪元件I的上侧部分朝纸面外倾斜。在该情况下，条纹20明显地朝上运行了。在图Sc中示出了相反的倾斜，其中上侧部分向纸面内倾斜，而防伪元件的下部朝纸面外倾斜。在该情况下，条纹20明显地朝下运行了。这种效果也被称呼为“滚动条”。特别是在防伪元件I构造成防伪线19(图I)时，便利的是使用这样的配置，其中不但存在在倾斜时运行的个体条纹20，而且该效果是周期性地连续的。因此，例如，对于在钞票2的表面上在某些窗口区域中浮现的防伪线19，多个这种效果可以以例如5mm的重复周期性地重复。在高度为例如IOmm的窗口区域中，该效果可以因此总是感觉到至少两次，即总是能看到至少两个明亮条纹20。当然也可以预先限定各个个体像素的小面的平均取向，使得在倾斜防伪元件I时，一个垂直于倾斜轴线延伸的条带沿倾斜轴线移动。该情况在图9a_9c中示出。在图9b中，示出了垂直观察和照明时的防伪元件I的外观。存在有中间条纹20，其在该倾斜位置，呈现得比第一表面区域3的其余区域亮，并且在这里是垂直地延伸。
当防伪元件I现在被倾斜时(图9a示出了下侧向纸面内倾斜的倾斜情况，而图9c示出了下侧朝纸面外倾斜的倾斜情况)，垂直条带20明显地从左侧运行至右侧。条纹20的区域中的平均倾斜角在图9b的位置处较低，并且分别向左右连续地增大。方位角在这里选择成使得小面在例如左侧区域中朝上排列，而在例如右侧区域中朝下排列。因此，能够获得所描述的效果，其中在这里，同样，由于不同像素的小面的取向的随机变化而再次获得闪烁印象，甚至在每个区域预先限定了某个窄变化范围时也如此。根据这里未示出一个实施例，防伪元件I可以配置在钞票2上，其进一步包含基于优选为血小板状磁性颜料的防伪特征，所述颜料相对于钞票的表面排列成使得它们显示出所谓的“滚动条”效果。这种排列可以特别从us 7，517，578B2中取得。防伪元件I和磁性防伪特征在这里相对于彼此配置成使得防伪元件I的明亮条纹和磁性防伪特征的明亮条纹在倾斜钞票2时沿彼此垂直的方向运行。除防伪元件在倾斜时的所述移动条纹之外，当然也可以在倾斜防伪元件I时实现其它已知的动力学效果，比如所谓的翻动、流动或者泵浦效果。 —部分上述效果对于传统上已知的颜料油墨来说是不可能或者至少非常难以实现的。可以通过首先以计算方式将第一表面区域3分割成像素5来制造本发明的防伪元件。然后对于每个像素5以计算方式预先限定出期望取向。所述取向可以对应于例如已知防伪油墨的颜料的平均预期取向。特别地，可以预先限定出锯齿d的光栅周期或者宽度。然后小面6的取向的大致随机变化被优选地如此实现从这种择优取向开始，各个个体像素5的小面6的取向于是例如基于计算机生成的随机数字或者伪随机数字发生变化。因此可以特别地实现各个个体像素5的小面6的取向围绕预定的平均取向波动。取向的随机变化可以在一个或者两个维度上或者空间方向上实现。因此，该变化也可以特别地只涉及斜度α或者只涉及方位角Φ，或者小面6的取向的变化可以选择成使得入射到相应局部区域中的反射光束围绕预定旋转方向散开。基于这些数据，于是可以例如借助于灰阶光刻生成各个个体像素5的锯齿结构。该结构于是可以通过量产而电铸和压印到UV漆9中的箔片上。接下来，气相沉积金属膜12，然后可选地气相沉积薄膜干涉涂层18。在本发明的防伪元件I中，像素5的小面6的取向能够以高精确度生成，使得能够在像素5的小长度比例上获得非常精细的分辨率。特别地，任意急剧或者温和的过渡能够通过个体像素5生成。对于每个小面6能够以所描述的方法限定出取向，于是能够根据该限定来制造防伪元件I。本发明的防伪元件I也可以构造成防伪线19(图I)。此外，防伪元件I不但可以如所描述的形成在载体箔片上，从该载体箔片它可以通过已知的方式被转印至有价文件。还可以直接在有价文件上形成防伪元件I。因此能够进行直接的印刷，随后将防伪元件压印到聚合物基材上，以在例如塑料钞票上形成本发明的防伪元件。本发明的防伪元件可以形成在许多不同的基材中。特别地，它可以形成在纸质基材、具有合成纤维的纸(即聚合材料的含量X在0〈x〈100wt%范围内的纸)、塑料箔片(例如聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯(PP)或者聚酰胺(PA)形成的箔片)、或者多层复合物(特别是数个不同箔片的复合物(化合物复合物)或者纸质箔片复合物(箔片/纸/箔片或者纸/箔片/纸))之中或者之上，其中防伪元件可以设置在这种多层复合物的各层之中或者之上或者之间。在图10中以俯视图示出了本发明的防伪元件I的再一实施例，其中第一表面区域3再次由数字50的数位形成，而第二表面区域4与第一表面区域3相邻，使得两个表面区域3、4 一起填充由光学可变区域图案I的矩形外廓界定的总面积。第一区域3可以以参考图1-9所描述的方法构成，以便能够获得例如本发明的闪烁效果和/或所描述的噪点图示。特别地，可以设置参考图8a-8c描述的“滚动条效果”。第二表面区域4在这里构造成莫尔纹放大配置，其将在以下详细描述，其以绝对深度信息对观察者示出了字母“M”。这对于观察者形成了一个总的图示，其中两个表面区域3、4或者由表面区域3、4提供的个体图示产生一个总的图像，其中两个表面区域3、4优选彼此直接地邻接。有利地，两个表面区域可以组合在同一载体9(其可以构造成例如箔片带)上，并且特别地是通过相同操作压印的。 在图11中示出了图10的防伪元件I的示意性截面图，其中该截面图示出了在两侧与第二表面区域4邻接的第一表面区域3的一部分。图11的截面图纯粹是示意性的，不是真实比例，主要用于说明构造。图11的截面图所示，载体9具有载体箔片21 (其可以是例如PET箔片)以及上侧和下侧压印漆层22、23。在第一表面区域3的区域中，示意性地示出像素52和53的小面6。借助于小面6，获得个体像素52、53的期望反射。为了在第二表面区域4中呈现具有期望的绝对深度信息的字母“M”，在下侧压印漆层23中形成有微结构24，所述微结构24可以特别地由油墨填充。微结构24在具有固定几何结构的网格(这里例如为六边形网格)中配置在垂直于图11的纸面的平面中，因此面积处于第一微结构图案中。上侧压印漆层22构造成使得它在第二表面区域4中具有多个微透镜25。微透镜25在具有固定几何结构的网格(这里例如为六边形网格)中配置在垂直于图11的纸面的平面中，因此面积处于第一图案中，其中第一图案相对于第一微结构图案被调节，并且两个图案彼此排列成使得在观察防伪元件I时，微透镜25与微结构24 —起形成莫尔纹放大配置。莫尔纹放大配置的基本原理在例如W02006/087138A1中有描述，其全部内容被并入本文。第二表面部分4中的莫尔纹放大配置形成微光学图示配置26，由此，如以下将详细描述的，字母“M”在这里以多重方式向观察者显示为呈现在防伪元件I之后。这通过观察者的左右眼LA和RA提供待表示物体(这里为字母“M”)的不同视图来获得，其分别示出了从相应方向观察到的物体。在图12中，为了简化图示，物体被画成一个点，其中观察者的右眼RA在位置27处看到物体，而观察者的左眼LA在位置28处看到物体。因此，观察者以其双眼从相交于位置31处的不同方向29、30看到物体，从而对于观察者来说物体位于位置31处，因此处于防伪元件I后的距离tl处。因此对于观察者来说，对于物体出现绝对深度信息。因此对于第二表面区域4，在例如恒定视角处获得独立于照明方向的图示，而在第一表面区域3中，在不同的照明方向发生例如闪烁效果。
通过第二表面区域4中的莫尔纹放大配置，获得了绝对深度效果，由此向观察者显示位于深度tl处的周期性地再现的字母“M”。微结构24可以，如上所述，优选填充有油墨，以便第二表面区域4的字母“M”在一方面和其余区域在另一方面呈现出亚光，但为不同颜色。微光学图示配置26不但可以构造成莫尔纹放大配置，而且其可以例如构造成模数放大配置，如例如W02009/000528A1中所描述的。关于W02009/000528A1的模数放大配置的形成的内容在这里并入本申请中。与莫尔纹放大配置形成对比，对于模数放大配置，待表示的图像并非必须由周期性地重复的单一图形的光栅构成。可以表示具有高分辨率的复杂的单一图像。在莫尔纹放大配置中，待表示的图像通常由单一图形(这里为微结构24)构成，所述图形周期性地配置在光栅中，并且通过透镜25以放大形式示出，其中与每个单一图形相关联的区域最大限地大致对应于相应透镜单元的区域。在所描述的实施例中，微透镜25以及反射性小面6的锯齿结构可以借助于只对压印层22的单次压印而同时并排生成。接下来，小面6只需被金属化以便它们反射性地作用。 因此图11的构造得以快速制造。在图13中示出了本发明的防伪元件I的一个变型，其中微光学图示配置26具有凹状反射镜32而不是微透镜25，所述凹状反射镜32是通过压印下侧压印漆层23并施加反射涂层而形成的。像素52、53的小面6也形成在下侧压印漆层23上。它们可以与凹状微反射镜32一样通过压印和反射性涂覆而形成。优选地，凹状微反射镜32和小面在同一步骤中被压印出并在同一步骤中被反射性涂覆。微结构24不但可以设置在第二表面区域4中，而且还可以设置在第一表面区域3中，因此高于小面6。这促进了防伪元件I的制造。然而，它们也可以省略。如果微结构24设置在第一表面区域3中并填充有油墨，则第一表面区域3同样能够(但并非必须)略微呈现出彩色。图14中示出了防伪元件I的这样一种构造，其中凹状微反射镜32、微结构24和小面6分别被单独地压印在它们自身的压印漆层23、22和33中。在压印漆层23和22之间设置有第一载体箔片21，并在压印漆层22和33之间设置有第二载体箔片34。该构造与图11和13的变型相比需要更多的用于制造的加工步骤，但是提供了凹状微反射镜32的和小面6的起源能够彼此单独地实现的优点。凹状微反射镜32的原始件在不同设计中甚至可以是相同的，因为总是只需要以凹状微反射镜32覆盖均一的区域。一旦制造好了具有非常良好的成像性质的原始件，则它可以被用于制造许多不同的防伪元件I。此外，凹状微反射镜32和小面6可以被不同地金属化，例如以具有颜色偏移效果(例如颜色取决于视角发生变化的薄膜系统)的不同金属或者涂层而金属化。在具有凹状微反射镜32的图13和14的变型中，可以在防伪元件I的上侧或者下侧进一步有利地设置另一保护漆层(未示出)，以便能够增大伪造者进行模仿的阻力以及保护不被模仿。特别地，在对着明亮光源的透射光中观察防伪元件I时，微光学图示配置26也可以如图15所示只具有孔栅35，而不是微聚焦元件网格(微透镜25的网格或者凹状微反射镜32的网格)。这种孔栅35可以例如通过在不透明的例如反射性地金属化的层中周期性地配置的孔或者缝来实现。这里的孔可以是小间隙。在该情况下，孔可以称为正孔。也可以设置所谓的负孔，所述负孔是小的不透明或者非反射性的区域。在图15所示实施例中，孔栅还延伸到第一表面区域3中，使得图示的重叠形成第一表面区域3。防伪元件I当然也可以构造成使得在第一表面区域3中不存在孔栅。此外，在本发明的防伪元件I中，微光学图示配置26可以借助于衍射性结构实现。因此，可以例如设置具有立体3D图示的全息图，其由显微镜下细小的正弦光栅构成。替代地，借助于微光学图示配置26表示的物体也可以明显地位于或者浮动在防伪元件I的前方。微光学图示配置26和/或小面6可以全部或者部分地设置有颜色偏移涂层，特别是具有反射层/介电层/吸收层的薄膜。这使得能够进一步增强光学吸引力，并且进一步增大防伪阻力。
在目前为止描述的实施例中，第二表面区域4中的微光学图示配置26分别构造成获得具有深度信息的立体图示。这在这里理解为是指这样的图示，其中通过防伪元件I生成三维效果，为观察者的左右眼提供物体的不同视图，其分别显示从相应方向观察到的物体。从这些不同的视图，于是对于观察者得到绝对深度信息，从而共同形成三维印象。在该类别中采用的图示可以经常具有多于只为两个的不同视图，这通常也造成视差(即旋转时前景中的图像成分相对于图像背景中的图像成分发生移动)。在一些情况下，还可以例如通过旋转来观看前景中的物体的后面。这从技术上可以通过三维全息图实现，例如直接暴露的全息图或者计算机生成的立体图。再一些示例为具有深度效果或者动力学效果的莫尔纹放大配置和微型透镜倾斜图像，如例如WO 2007/076952A2或者W02009/000527A1中所描述的。在再一实施例中，微光学图示配置26现在可以构造成使得视差不正好对应于定位在深度中的物体的视差。这可以例如通过莫尔纹放大配置或者模数放大配置实现。由此能够实现在倾斜或者旋转防伪元件I时，在第二表面区域4中发生附加的动力学效果。其可以是邻视差运动(orthoparallactic motion)，如例如W02007/076952A2中所描述的，其中对于观察者的左右眼的图示允许不分配深度，严格地说，因为观察者以其左右眼看到物体的观察方向不相交。在一个优选变型中，只存在比较小的视觉误差，使得观察方向(图12中的29和30)几乎相交,并且观察者看到在倾斜或者旋转防伪元件I时移动的物体，但是他尽管有视觉误差清楚地延伸(range)在例如位于防伪元件I的平面后的深度处。在申请W02009/000528A1的A矩阵形式体系(formalism)中，具有正确视差的图示对应于具有只在对角线上得到填充(populated)的A矩阵的图示。在邻视差图示中,A矩阵只在不定位于对角线上的位置处得到填充。当A矩阵在对角线上及其旁边得到填充时，存在小的视觉误差。在防伪元件I的再一实施例中，借助于微光学图示配置26的图示可以在倾斜或者旋转防伪元件I时从第一图像变化成第二图像。因此，例如，第一符号A的位于深处的图像在倾斜防伪元件I时可以倾斜成至少一个其它图示，例如符号B。微光学图示配置26还能够实现除三维效果之外的其它效果，例如倾斜图像或者运动学效果(运动、泵浦效果等)。在上述模数放大配置中，第二表面区域4中的三维图示能够在倾斜防伪元件I时移动。替代地，在某一倾斜角，图示也可以倾斜成完全不同的物体的图示，该完全不同的物体并非必须同样三维地呈现出(例如位于深处的数字可以变化成另一图示，例如一个符号，然后在进一步倾斜时移动)。在微光学图不配置26和小面6被压印到同一压印漆层22 (图11和14)中的实施例中特别有利的是，能够以极小的努力将微光学图示配置26升级到本发明的防伪元件I。仅仅需要在起源时附加地在微透镜25或者凹状微反射镜32之间或者旁边写入小面6。本发明的防伪元件I也可以称为光学可变区域图案，并且例如纯粹用于装饰目的。 在图16中示意性地示出了压印工具36，通过它能够将小面6以及微透镜25压印到图11的防伪元件I的上侧压印漆层22中。为此目的，压印工具36具有压印区域37，在压印区域37中，形成有待压印表面结构的颠倒形状。当然可以不仅为图11的实施例提供相应的压印工具。还可以为其它所描述的实施例以相同方式提供压印工具。附图标记列表I :防伪元件P3 :方向2:钞票L:入射光3 :第一表面区域 R :入射方向4:第二表面区域 21 :载体箔片5:像素22:上侧压印漆层6:小面23 :下侧压印漆层7 :线24 :微结构8 :上侧25 :微透镜9 :载体26 :微光学图不配置10 :线27 :位置11 :线28 :位置12:反射性涂层 29:观察方向13:介电层30:观察方向14:上侧金属层 31 :位置15:第一层32:凹状反射镜16 :第二层33 :压印漆层17:第三层34:第二载体箔片18:薄膜系统35:孔栅19:防伪线36 :压印工具20 :条纹37:压印区域d:光栅周期RA:右眼α :倾斜角 LA:左眼Φ :方位角Pl :方向Ρ2:方向
权利要求
1.一种防伪元件，用于防伪纸、有价文件等，具有 载体，其具有被分割成多个反射性像素的反射性表面区域， 其中每个像素的面积比所述反射性表面区域的面积小至少一个数量级， 其中每个像素具有形成在所述载体的表面中的至少一个反射性小面， 其中所述至少一个反射性小面朝由所述小面的取向预先限定的反射方向方向性地反射沿预定方向入射到所述表面区域上的光， 其中不同像素的小面的取向遍及所述反射性表面区域具有大致随机的变化。
2.如权利要求I所述的防伪元件，其中，不同像素的小面的取向围绕以基于区域的方式预先限定出的不同平均取向具有大致随机的变化。
3.如权利要求I或2所述的防伪元件，其中，像素中的数个像素分别具有形成周期性或者非周期性锯齿光栅的相同取向的数个反射性小面。
4.如上述权利要求中任一项所述的防伪元件，其中，所述小面构造成大致平坦的面积组元。
5.如上述权利要求中任一项所述的防伪元件，其中，不同像素的小面的取向只在确定所述小面的取向的参数中具有大致随机的变化。
6.如上述权利要求中任一项所述的防伪元件，其中，由不同像素的小面的取向的大致随机变化预先限定出的反射方向的变化为至少大约1°，优选为至少大约3°，特别优选为至少大约10°。
7.如上述权利要求中任一项所述的防伪元件，其中，当每个像素设置有形成周期性或者非周期性锯齿光栅的数个小面时，锯齿的宽度处于大约I U m到大约300 y m之间，优选处于大约3 ii m到大约100 ii m之间,特别优选处于大约5 y m到大约30 y m之间。
8.如上述权利要求中任一项所述的防伪元件，其中，所述像素配置在规则的网格上。
9.如上述权利要求中任一项所述的防伪元件，其中，在所述小面上，至少在某些区域中形成有反射增强涂层。
10.如上述权利要求中任一项所述的防伪元件，其中，在所述小面上，至少在某些区域中形成有颜色偏移层。
11.如上述权利要求中任一项所述的防伪元件，其中，像素的最大延伸度处于5 V- m-5mm之间,优选处于10 u m-300 u m之间，特别优选处于20 u m-100 u m之间。
12.如上述权利要求中任一项所述的防伪元件，其中，所述反射性表面区域被分割成至少两个部分，所述至少两个部分具有由不同平均取向预先限定出的像素的不同平均反射方向。
13.如权利要求12所述的防伪元件，其中，具有不同平均反射方向的所述至少两个部分分布在不同的、彼此交织的局部区域之上。
14.如上述权利要求中任一项所述的防伪元件，其中，所述小面的取向选择成使得所述反射性表面区域具有像素的平均反射方向的连续路径。
15.如上述权利要求中任一项所述的防伪元件，其中，所述防伪元件与微光学图示配置组合成一个总的图示。
16.一种有价文件，具有如上述权利要求中任一项所述的防伪元件。
17.如权利要求16所述的有价文件，其进一步具有防伪特征，所述防伪特征基于磁性排列的、优选呈血小板状的光学可变防伪油墨颜料，并且具有与所述防伪元件的外观大致相当的光学外观。
18.如权利要求16或17所述的有价文件，其中，在所述防伪元件的小面上至少在某些区域中形成有颜色偏移层，并且所述颜色偏移层的颜色偏移效果被调节成使得所述防伪元件的颜色偏移效果与基于磁性排列颜料的所述防伪特征的颜色偏移效果彼此对应。
19.如权利要求16-18中任一项所述的有价文件，其中，本发明的防伪元件和基于磁性排列颜料的防伪特征分别具有其它光学效果，其中所生成的其它光学效果彼此对应。
20.一种用于制造防伪元件的制造方法，所述防伪元件用于防伪纸、有价文件等，其中 在表面区域中将载体的表面的高度调制成使得所述表面区域被分割成各自具有至少一个小面的多个像素， 并且所述小面设置有涂层以形成反射性小面，所述反射性小面分别方向性地沿由它们的取向预先限定出的反射方向，反射沿预定方向入射到每个像素的表面区域上的光，其中每个像素的面积选择成比所述表面区域的面积小至少一个数量级，并且其中不同像素的小面的取向遍及反射性表面区域具有大致随机的变化。
21.—种压印工具，具有压印区域，通过该压印区域，能够将如权利要求1-15中任一项所述的防伪元件的小面的形状压印到所述载体中。
22.如权利要求1-15中任一项所述的防伪元件的用途，作为用于曝光体积全息图的母版。
全文摘要
本发明涉及一种防伪元件(1)，其用于防伪纸、有价文件等，包括具有被分割成多个反射性像素(5)的反射性表面区域(3)的载体(9)，其中每个像素(5)的表面比所述反射性表面面积(3)的表面小一个数量级，每个像素(5)包括形成在载体的表面中的至少一个反射性小面。根据本发明，所述至少一个反射性小面沿由所述小面的取向预先限定出的反射方向反射沿预定方向照射到表面面积(3)上的光。不同像素(5)的小面的取向遍及反射性表面面积呈大致随机的变化。
文档编号B42D15/00GK102712207SQ201080062188
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月3日 优先权日2009年12月4日
发明者A.劳赫, C.福斯, M.拉姆, M.海姆, S.比克尔梅尔 申请人:德国捷德有限公司